Handbuch - Suter Swiss-Composite Group
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Ausg./Ed. 01.03 Änderungen vorbehalten / Modifications reserved<br />
Belastungen, Restriktionen, Anforderungskatalog<br />
Bevorüber Konstruktion und Auslegung nachgedacht wird, müssen die wirklichen<br />
Anforderungen ermittelt werden. Oft wird von einem Bauteil aus konventionellen<br />
Werkstoffen ausgegangen und eine 1:1 Substitution gewünscht, bzw. werden<br />
dieselben mechanischen Kennwerte des bisherigen Bauteils verlangt. Dies führt<br />
nicht zu optimalen Lösungen. Um das Faserverbundbauteil optimal zu konstruieren,<br />
müssen die realen Belastungen und Restriktionen bekannt sein. Die Erstellung<br />
eines Anforderungskataloges kann hierbei sehr hilfreich sein.<br />
Konstruktion/Herstellungsverfahren<br />
Schon vor der eigentlichen Konstruktion muß das Verfahren, das man zur<br />
Herstellung des Bauteils verwenden will, bekannt sein. Jedes Herstellungsverfahren<br />
hat seine Eigen- und Besonderheiten, die bei der Konstruktion berücksichtigt<br />
werden müssen. Die Seriengröße ist ein zusätzliches Auswahlkriterium.<br />
Abhängig vom Herstellungsverfahren sind auch einige mechanische<br />
Kennwerte, d.h. daß nicht mit jedem Verfahren jede gewünschte Bauteileigenschaft<br />
erreicht werden kann.<br />
Gestaltungsregeln, die man bei der Auslegung betrachten sollte, ergeben sich<br />
aus den Richtlinien beim Umgang mit dem verwendeten Material und ähneln<br />
denen bei der Konstruktion von reinen Kunststoffbauteilen.<br />
Einige beachtenswerte Regeln lauten:<br />
Geringe Wandstärken anstreben<br />
Masseanhäufungen vermeiden<br />
Zulässige Radien für Fasern betrachten<br />
Hinterschneidungen vermeiden<br />
Entformungsschrägen vorsehen<br />
Werkstoffgerechte Verbindungen vorsehen<br />
Erreichbare mechanische Eigenschaften beachten<br />
Fasergerecht konstruieren<br />
Dimensionierung des Bauteils<br />
Die Auslegung von Bauteilen erfolgt größtenteils durch die Berücksichtigung<br />
von zulässigen Verformungen, Dehnungen bzw. Auslenkungen.<br />
Bei der Auslegung von <strong>Composite</strong>-Bauteilen sollte sicherheitshalber so<br />
dimensioniert werden, daß neben den geforderten maximalen Verformungen die<br />
einzelnen Laminatschichten die zulässigen bzw. kritischen Dehnungen nicht<br />
überschreiten, d.h. es wird gegen ein rißfreies Laminat dimensioniert.<br />
Erste Mikroschädigungen (Crazings) in einzelnen Schichten des Laminates<br />
führen zu weiterer Rißausbreitung und erlauben z.B. Medien in das Laminat<br />
einzudringen und es zu schädigen. Dies führt zu einer kürzeren Lebensdauer des<br />
Bauteils und ist somit unerwünscht. Das Bauteil wird bei Überschreitung der<br />
kritischen Dehnung in einer Schicht nicht schlagartig versagen, jedoch wird die<br />
Lebensdauer herabgesetzt.<br />
Im Gegensatz dazu kann auch festigkeitsorientiert dimensioniert werden.<br />
Dann richtet sich die Berechnung danach, ob das Bauteil bei maximaler<br />
Beanspruchung versagt oder nicht. Das Versagen einzelner Schichten kann dabei<br />
erlaubt sein, solange nicht das ganze Bauteil zerstört wird.<br />
Loading conditions, restrictions, catalogue of<br />
requirements<br />
Before any preliminary work on the design and structure, the actual requirements<br />
must first be determined. As is often the case, the designer takes a component<br />
of conventional materials as the basis and aims for a one-to-one substitution,<br />
or the customer wants the same mechanical characteristics as the former<br />
component. This approach does not promote optimal solutions. Before the fibre<br />
composite component can be given the optimal design, the actual loading<br />
conditions and restrictions must first be known. Creating a catalogue of<br />
requirements can prove very helpful here.<br />
Design/manufacturing method<br />
Before the actual design phase, the most suitable method for manufacturing<br />
the component must first be determined. Every manufacturing method has its<br />
attributes and salient features that the designer must take into consideration.<br />
The size of the series is an additional selection criterion.<br />
Furthermore, a number of mechanical characteristics also depend on the<br />
manufacturing method, i.e. not all of the desired component properties can be<br />
obtained with all methods.<br />
The design rules that must be observed follow from the guidelines for handling<br />
the used materials and are similar to those for the design of pure plastic<br />
components.<br />
Some of the more important rules:<br />
Minimise wall thicknesses<br />
Avoid concentrated masses<br />
Note the permitted radii for fibres<br />
Avoid undercuts<br />
Provide drafts<br />
Provide joins suitable for the materials used<br />
Note the obtainable mechanical properties<br />
Create a design suitable for the fibres<br />
Dimensioning the component<br />
The component’s dimensions are based for the most part on considerations to<br />
the permitted deformation, elongation, and deflection.<br />
As a measure for ensuring the reliability of composite components, their<br />
dimensions should be such that in addition to the specified maximum<br />
deformations no one of the laminate plies can exceed the permitted or critical<br />
elongation, i.e. the dimensions ensure a laminate free of cracks.<br />
The undesirable alternative is that initial crazing can form in the laminate<br />
plies, which promotes crack propagation and allows, for example, media to<br />
penetrate and damage the laminate, shortening the component’s service life in<br />
the process. This is also true when a ply exceeds the critical elongation,<br />
although the component itself does not fail at once.<br />
In contrast to the above, the dimensions can be based on the component’s<br />
strength. In this case, the calculations are based on the component’s tendency<br />
to fail or not under maximum loading. Single plies can be allowed to fail, as<br />
long as the component itself does not break.<br />
R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH D-71111 Waldenbuch Fon 0 71 57/53 04 60 Fax 0 71 57/53 04 70 www.r-g.de<br />
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