Fiedler, BodoBodoFiedler1202622580000-0002-2734-1353Karsten, JulianJulianKarsten2026-08-132026-08-132026Technisch-Wissenschaftliche Schriftreihe 51: (2026)https://hdl.handle.net/11420/64223Carbon fiber-reinforced polymers (CFRPs) exhibit strongly anisotropic in-plane thermal and electrical properties, yet efficient identification of laminate-scale transport parameters remains challenging, since the measured response reflects both material architecture and experimental boundary conditions. This thesis establishes non-destructive, model-based methods for single-specimen identification of orthotropic in-plane thermal and electrical transport properties in CFRP laminates and combines them with a non-destructive characterization of laminate lay-up. A pulse-echo ultrasonic workflow evaluates C-scan slices in the Fourier domain and reconstructs the depth-dependent ply-orientation profile. Reliable orientation detection is demonstrated for unidirectional, quasi-isotropic, and Bouligand laminates across varying thicknesses and ply counts. Near-surface regions, porosity, and pronounced geometric features define the methodological boundaries within which the method can be applied and interpreted reliably. Anisotropic thermal transport is quantified by heat-spot infrared thermography combined with an analytical orthotropic diffusion model. Under prescribed heat-flux boundary conditions, the directional response follows the inverse resistivity to diffusion, whose principal-axis values correspond to the longitudinal and transverse thermal diffusivities. This relation enables identification of the directional diffusivities from a single unidirectional specimen through Gaussian-profile broadening and isotherm-evolution analyzes. In addition, a rule-of-mixture approach relates laminate behavior to constituent diffusivities and fiber volume content. Anisotropic electrical transport is characterized using regular n-gonal prismatic specimens, where perimeter-based resistance measurements under full-face electrodes are evaluated by means of effective electrode distance and effective width to identify the principal longitudinal and transverse resistivities. Additional contact- and shunting-dominated configurations clarify the conditions for reliable resistivity measurement.Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) weisen stark anisotrope thermische und elektrische Eigenschaften in der Laminatebene auf. Die Bestimmung entsprechender Kennwerte ist anspruchsvoll, da die Messgrößen sowohl von der Materialarchitektur als auch von den experimentellen Randbedingungen abhängig sind. Diese Arbeit entwickelt zerstörungsfreie, modellgestützte Verfahren zur Identifikation orthotroper thermischer und elektrischer Transporteigenschaften von CFK-Laminaten an Einzelproben und verknüpft diese mit einer ebenfalls zerstörungsfreien Charakterisierung des Laminataufbaus. Ein Puls-Echo-Ultraschallverfahren wertet C-Scans im Fourierraum aus und rekonstruiert daraus den tiefenabhängigen Verlauf der Lagenorientierung. Eine zuverlässige Orientierungsbestimmung wird für unidirektionale, quasi-isotrope und Bouligand-Laminate unterschiedlicher Dicken und Lagenzahlen nachgewiesen. Oberflächennahe Bereiche, Porosität und ausgeprägte geometrische Merkmale definieren dabei die Grenzen, innerhalb derer die Methode zuverlässig angewendet und interpretiert werden kann. Der anisotrope Wärmetransport wird mittels Wärmepunkt-Infrarot-Thermografie in Kombination mit einem analytischen orthotropen Diffusionsmodell beschrieben. Die richtungsabhängige Messgröße folgt dem inversen Widerstand gegen Wärmediffusion, auf den Hauptachsen ergeben sich die longitudinale und transversale Temperaturleitfähigkeit. Diese Beziehung ermöglicht die Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit durch gaußsche Temperaturprofilverbreiterung und Isothermenentwicklungsanalysen. Ergänzend verknüpft ein mischungsregelbasierter Ansatz das Laminatverhalten mit den Diffusivitäten der Konstituenten und dem Faservolumengehalt. Der anisotrope elektrische Transport wird anhand regelmäßiger n-eckiger prismatischer Proben charakterisiert. Umfangsseitige Widerstandsmessungen an Vollflächenelektroden werden über den effektiven Elektrodenabstand und die effektive Messbreite ausgewertet, um die spezifischen elektrischen Hauptwiderstände entlang und quer zur Faserrichtung zu bestimmen. Zusätzliche, von Kontakt- und Kurzschlusseffekten dominierte Konfigurationen definieren die Bedingungen, die für eine verlässliche Bestimmung der Materialwiderstände nötig sind.enhttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/CFRPAnisotropyFiber OrientationThermal ConductivityElectrical ConductivityTechnology::620: Engineering::620.1: Engineering Mechanics and Materials ScienceDoctoral Thesis10.15480/882.17789Hintze, WolfgangWolfgangHintze