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Fulltext available Open Access
Title: Mikrostrukturelle Betrachtung des Einflusses von Poren auf die mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen
Language: German
Authors: Liebig, Wilfried  
Editors: Fiedler, Bodo 
Issue Date: 2019
Examination Date: 8-Dec-2014
Publisher: TuTech Verlag
Part of Series: Technisch-wissenschaftliche Schriftenreihe / TUHH Polymer Composites 
Volume number: 22
Abstract (german): Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Einflusses von Poren auf die mechanischen Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) unter Drucklast. Um die Schadensentwicklung durch Poren in einem FKV näher be\-schrei\-ben zu können, wurde der komplexe dreidimensionale strukturelle Aufbau des Verbundes inklusive der Poren analysiert und dieser in einen vereinfachten modellhaften Verbund überführt. Der modellhafte Verbund besteht aus der Matrix und mindestens zwei Fasern, zwischen denen eine einzelne Pore platziert wurde. Neben der experimentellen Untersuchung des modellhaften Probekörpers, welche die Betrachtung des Spannungs- und Dehnungsverhaltens der Matrix mittels der optischen Spannungsanalyse und digitalen Bildkorrelation beinhaltet, wurde zusätzlich der Verbund mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch in einem parametrisierten Modell abgebildet und das Stabilitätsverhalten einer Faser analytisch beschrieben. Insbesondere die experimentelle Untersuchung erlaubte es, bei der Verwendung von zehn Fasern im modellhaften Probekörper die Schadensentwicklung in der unmittelbaren Umgebung einer Pore schrittweise zu beobachten. Gestützt durch Erkenntnisse aus der numerischen und analytischen Betrachtung konnte festgestellt werden, dass sowohl die Art und Weise der Stützung der Faser durch die Matrix, als auch deren Haftung untereinander versagensrelevant sind. Beide Aspekte führen zu einer frühzeitigen longitudinalen Ablösung der Faser von der Matrix mit anschließendem Stabilitätsverlust der Faser durch deren Ausknicken. Dies ist Ursache für weitere Faserbrüche, die aufgrund der Lastumlagerung initiiert werden. Untersuchungen an einem transparenten glasfaserverstärkten Kunststoff mit einer einzeln eingebrachten Pore boten darüber hinaus die Möglichkeit, die Erkenntnisse aus den Versuchen mit dem modellhaften Probekörper auf anwendungsnahe faserverstärkte Kunststoffe zu transferieren.
Abstract (english): The subject of this work is the investigation of the influence of voids on the mechanical properties of fibre-reinforced polymers (FRP) under compression. To specify the damage accumulation of FRP in the presence of voids, the complex three dimensional structure of the composite including several voids were analysed and a reduced mechanical model composite was derived. The reduced model consists of the matrix system and a unique void, which is squeezed between two fibres by using an injection method. The experimental investigation of the model composite included the description of the stress- and strain behaviour of the matrix using photoelasticity and digital image correlation technology. Additionally, a numerical examination of a parameterised model composite and an analytical study of the stability of a single fibre was conducted. As a result of the experimental investigation of the model composite consisting of ten fibres embedded in a matrix, the failure initiation and propagation could be observed. Supported by the findings from the numerical examination and the analytical study, the most impact on the failure initiation has the foundation of the fibre as well as the bonding between fibre and matrix. Both facts are leading to a premature fibre-matrix debonding with ongoing loss of stability of the fibre finally resulting in fibre kinking. Because of the rearrangement of stresses further overloaded fibres failed. Additional studies on transparent glassfibre reinforced polymers including a unique void showed, that the gained experience made on the examination of the model composite could be transferred to real existed composites.
URI: http://hdl.handle.net/11420/2054
DOI: 10.15480/882.2050
ISBN: 978-3-941492-84-4
Institute: Kunststoffe und Verbundwerkstoffe M-11 
Type: Dissertation
Advisor: Hintze, Wolfgang 
Referee: Schulte, Karl 
License: In Copyright In Copyright
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