Schnelldrehendes Schwungrad aus faserverstärktem Kunststoff

Berechnung und Optimierung Bruchenergie - 57
5.2. Energie verschiedener Brucharten
Die bisher aus der Literatur [z. B. Copp83, Gaut88,
Geor89, Sapo81] bekannten Rotoren haben ein sehr
unterschiedliches Bruchverhalten. Sehr viele Rotoren
sind aus isotropen Materialien wie Metall oder aus
quasiisotrop aufgebauten Faserverbundwerkstoffen
und zerlegen sich in einzelne grosse Bruchstücke. Die
Bruchfläche hat dabei etwa die gleiche Grössenordnung
wie die Oberfläche des Rotors und ein Faserbruch
löst den Bruchvorgang aus.
Bei den hier betrachteten Rotoren beträgt die Bruchfläche
mehrere Grössenordnungen der ursprünglichen
Oberfläche des Rotors und ein Zwischenfaserbruch
ist bestimmend.
Der Bruch eines unidirektionalen Elements kann in
zwei grundsätzlich unterschiedlichen Arten erfolgen,
entweder senkrecht zur Faserrichtung (Faserbruch)
oder längs der Faser (Zwischenfaserbruch). Für den
Faserbruch sind die Materialeigenschaften der Faser
alleine entscheidend, denn die Matrix wird so
gewählt, dass sie die aufgezwungenen Dehnungen der
Fasern ohne Schädigung mitmachen sollte. Für den
Zwischenfaserbruch hingegen sind die lokalen Beanspruchungen
der Matrix sowie die Haftung zwischen
der Matrix und der Faser massgebend.
Die Bruchenergien beider Brucharten sind sehr verschieden
und müssen deshalb einzeln betrachtet
werden. Als Bruchenergie wird dabei die Formänderungsarbeit
des Materials bis zum endgültigen
Versagen betrachtet. Die Formänderungsarbeit beträgt
dabei für den Faserbruch