Charakterisierung des Degradationsverhaltens und numerischer Simulation der Versagensmechanismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die transversalisotropen Eigenschaften der Kohlenstofffasern wurden durch inverse Simulationen vollständig bestimmt. Erwartungsgemäß zeigten sich ein stark ausgeprägtes anisotropes Materialverhalten der Kohlenstofffaser und deren hohe Steifigkeit in Faserlängsrichtung. Die Mechanismen für die Degradation auf der Mikroskala sind mit der Haftung zwischen Faser und Matrixmaterial identifiziert. Durch numerische Simulationen mit Kohäsivmodellen können die Bruchenergien zwischen Faser und Matrix invers berechnet werden. Dazu sind Messergebnisse aus Push-Out-Tests erforderlich. Mit dem Ablösen einzelner Fasern von der Matrix geht ein Steifigkeitsverlust der CFK-Schicht einher, der in der Mehrskalensimulation als Kopplungsparameter an ein Modell in der nächsthöheren Skala übergeben werden kann. Damit wird die Auswirkung einer Teilschädigung des CFK auf die Stabilität des gesamten Schichtverbundes ermittelt. Für Anschlussarbeiten steht die Erweiterung der Modelle um thermomechanisch gekoppeltes Materialverhalten im Vordergrund, was die Simulation des Herstellungs- und Umformprozesses ermöglicht. Außerdem sollte der Einfluss von Eigenspannungen, die beim Herstell- und Umformprozess in den Schichtverbunden entstehen können, in der Simulation berücksichtigt werden. Die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Simulationsmodelle lassen sich in modifizierter Form auch auf andere faserverstärkte Materialsysteme übertragen. So könnten im Vorfeld unterschiedliche Materialkombinationen simuliert und aufwändige Versuche vermieden werden.
