Moderne zerstörungsfreie Prüfverfahren für Faserverbundwerkstoffe
An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Methoden entwickelt, mit denen Festigkeit, Fertigungsqualität und Langzeitverhalten von Faserverbundwerkstoffen (FVW) bewertet werden können. Die an der BAM entwickelte Röntgenrefraktionstopographie ist beispielsweise ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung von inneren Oberflächen in Werkstoffen. Angewendet auf FVW lassen sich Aussagen über Faserorientierung, Fertigungsqualität sowie Faser-Matrix Ablösungen und Matrixrissen infolge mechanischer Beanspruchung gewinnen. Basierend auf den Ergebnissen können im Probenmaßstab Vorhersagen über das Betriebsfestigkeitsverhalten von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen erfolgen.
Heterogene Polymerwerkstoffe, insbesondere FVW mit Epoxidharz- oder Thermoplastmatrix, finden verstärkt Einsatz in sicherheitskritischen Leichtbaustrukturen insbesondere bei Luft- und Raumfahrtanwendungen. Die guten spezifischen Eigenschaften dieser Werkstoffe, die hohen Festigkeiten bei vergleichsweise geringem Gewicht, führen zunehmend zum Ersatz von Stahl und/oder Aluminiumlegierungen als Konstruktionswerkstoff. Sind Festigkeitshypothesen für metallische Werkstoffe weitestgehend bekannt und Methoden zur Berechnung von Konstruktionen verfügbar, so steckt hingegen die Entwicklung von realitätsnahen Festigkeitshypothesen für komplexe Textilverbunde mit Polymermatrix noch in den Kinderschuhen.
Moderne Leichtbaustrukturen aus FVW sind hohen mechanischen und klimatischen Beanspruchungen ausgesetzt. Dabei hängen Lebensdauer und Funktionssicherheit der FVW-Bauteile mehr von den mikromechanischen Eigenschaften, als von der globalen Festigkeit ab.
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