Untersuchungen zum Einfluss gezielt nicht geradlinig eingebrachter Faserverstärkungen auf die mechanischen Eigenschaften einer nachgiebigen Polymermatrix

Doctoral Thesis / Dissertation , 2008 , 115 Pages , Grade: cum laude

Engineering - Mechanical Engineering

Das Ziel dieser Arbeit ist das Abschätzen der Möglichkeiten einer neuen Werkstoffkombination, die darauf basiert, die allgemein gültige Gradlinigkeit von Fasern im FKV durch eine gewollte Welligkeit zu ersetzen.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Problemstellung
• Zielsetzung
• Vorgehensweise
• Grundlagen der N-FKV
• Endlosfaserverstärkte Kunststoffe
• Steife Matrices für FKV
• Nachgiebige Matrices für FKV
• Anwendungen von nachgiebigen FKV
• Faserwelligkeit in biologischen Geweben
• Natürliche Sehnen
• Künstliche Sehnen
• Faserwelligkeit in technischen Strukturen
• 2D Umlenkung von Faserverstärkungen
• 3D Umlenkung von Faserverstärkungen
• Ein rheologisches Modell für N-FKV
• Vergleich und Bewertung von Herstellungsverfahren für N-FKV
• Untersuchungen flächiger N-FKV
• Verwendete Werkstoffkomponenten für flächige N-FKV
• Versuchsaufbau und Durchführung
• Mechanische Eigenschaften verstärkter Polyesterharze
• Mechanische Eigenschaften von flächigen N-FKV
• Einfluss der Welligkeit auf die mechanischen Eigenschaften
• Einfluss des Halbzeuges auf die mechanischen Eigenschaften
• Die Interaktion welliger benachbarter Lagen in N-FKV
• Dynamische Versuche an flächigen N-FKV
• Spannungsoptische Versuche und Finite-Element-Analysen von flächigen N-FKV
• Spannungsoptische Versuche
• Finite-Element-Analysen
• Andere nicht geradlinige flächige Faserverstärkungen in N-FKV
• Diskussion der Untersuchungen von flächigen N-FKV
• Untersuchungen seilförmiger N-FKV
• Werkstoffkomponenten für seilförmige N-FKV
• Versuchsaufbau und Durchführung
• Gedrillte und geflochtene E-Glas Rovings in nachgiebigen Matrices
• Geflochtene Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix
• Helixförmige Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix
• Diskussion der Untersuchungen von seilförmigen N-FKV
• Zusammenfassung und Ausblick
• Zusammenfassung
• Ausblick
• Summary
• Formelzeichen und Abkürzungen
• Formelzeichen
• Indizes
• Abkürzungen
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Dissertation befasst sich mit der Untersuchung des Einflusses gezielt nicht geradlinig eingebrachter Faserverstärkungen auf die mechanischen Eigenschaften einer nachgiebigen Polymermatrix. Ziel ist es, die Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch die gezielte Einführung von Faserwelligkeit zu verbessern und neue, flexible und belastungsfähige Materialien zu entwickeln. Die Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung und Charakterisierung von nachgiebigen FKV (N-FKV), die sowohl hohe spezifische Festigkeiten als auch hohe Dehnungen ermöglichen.

• Entwicklung und Charakterisierung von nachgiebigen FKV (N-FKV)
• Einfluss der Faserwelligkeit auf die mechanischen Eigenschaften von N-FKV
• Herstellung und Charakterisierung von flächigen und seilförmigen N-FKV
• Spannungsoptische Versuche und Finite-Element-Analysen zur Untersuchung der Interaktion von Faser und Matrix
• Bewertung des Potenzials von N-FKV für verschiedene Anwendungen

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung stellt die Problemstellung und die Zielsetzung der Dissertation dar. Sie erläutert die Bedeutung von FKV in verschiedenen Anwendungsbereichen und die Herausforderungen, die mit der Entwicklung von flexiblen und belastungsfähigen FKV verbunden sind. Die Vorgehensweise der Dissertation wird ebenfalls beschrieben.

Kapitel 2 befasst sich mit den Grundlagen der N-FKV. Es werden die verschiedenen Arten von FKV, insbesondere die nachgiebigen FKV, vorgestellt. Die Bedeutung der Faserwelligkeit in biologischen Geweben und technischen Strukturen wird erläutert. Verschiedene Herstellungsverfahren für N-FKV werden vorgestellt und verglichen.

Kapitel 3 beschreibt die Untersuchungen an flächigen N-FKV. Es werden die verwendeten Werkstoffkomponenten, der Versuchsaufbau und die Durchführung der Versuche erläutert. Die mechanischen Eigenschaften der verstärkten Polyesterharze und der flächigen N-FKV werden untersucht. Der Einfluss der Welligkeit, des Halbzeuges und der Interaktion welliger benachbarter Lagen auf die mechanischen Eigenschaften wird analysiert. Spannungsoptische Versuche und Finite-Element-Analysen werden durchgeführt, um die Interaktion von Faser und Matrix zu untersuchen.

Kapitel 4 befasst sich mit den Untersuchungen an seilförmigen N-FKV. Es werden die verwendeten Werkstoffkomponenten, der Versuchsaufbau und die Durchführung der Versuche erläutert. Die mechanischen Eigenschaften von gedrillten und geflochtenen E-Glas Rovings in nachgiebigen Matrices werden untersucht. Die Ergebnisse von Versuchen mit geflochtenen Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix und helixförmigen Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix werden präsentiert.

Kapitel 5 fasst die Ergebnisse der Dissertation zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten. Die Bedeutung der entwickelten N-FKV für verschiedene Anwendungen wird hervorgehoben.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV), Nachgiebigkeit, Faserwelligkeit, mechanische Eigenschaften, Spannungs-Dehnungs-Verhalten, Finite-Element-Analysen, Spannungsoptik, Herstellungsprozesse, Anwendungen, biologische Materialien, Sehnen, helixförmige Verstärkungen, gedrillte und geflochtene Rovings.

• College: University of Rostock (Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik)
• Grade: cum laude
• Author: Dr.-Ing. Jan Brökel (Author)
• Publication Year: 2008
• Pages: 115
• Catalog Number: V114916
• ISBN (eBook): 9783640153749
• ISBN (Book): 9783640156122
• Language: German
• Tags: Untersuchungen, Einfluss, Faserverstärkungen, Eigenschaften, Polymermatrix