Festigkeit und Schadensanalyse - ETH Zürich

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

FESTIGKEIT VON FVK UND SCHADENSANALYSE Hier gelten die gleichen Fallunterscheidungen und falls nicht bereits Versagen allein infolge der residuellen Spannungen auftritt, findet man einen Lastfaktor für die aufgebrachten mechanischen Lasten mit 2 � L � L � 4Q( 1� P) � � . (5.48) 2Q Natürlich kann man die Aufgabenstellung variieren, indem man z.B. fragt, bei welcher Temperaturbelastung ein Laminat unter fixer mechanischer Last den ersten Schaden erleiden wird. Dies bedeutet nur ein Vertauschen der Rollen von mechanischer und residueller Last. 5.4.3 Sicherheitsfaktor und Sicherheitsreserve In der Praxis wird im Allgemeinen der Nachweis einer Sicherheit in Form eines Sicherheitsfaktors 1 S � (5.49) � oder, wie in der Raumfahrt üblich, einer Sicherheitsreserve (margin of safety) in Prozent vorgeschrieben. � 1 � R � �S�1� �100[%] � � �1� �100[%] . (5.50) � � � 5.4.4 Fortschreitende Schadensanalyse und Tragfähigkeit Bei Strukturen von Wegwerf-Grossraketen wie z.B. ARIANE oder TITAN gelten extreme Anforderungen an die spezifische Steifigkeit und quasi-statische Festigkeit, während gleichzeitig die Ermüdungsbeanspruchung wegen der Kürze der Mission relativ gering ist. Eine Auslegung gegen den ersten Zwischenfaserbruch (Matrixbruch oder Faser-Harzablösung) würde bedeuten, dass das hohe Potential eines CFK-Laminates überhaupt nicht ausgenutzt wird. Vielmehr muss die Frage beantwortet werden, wie weit die Last jenseits des ersten Schadensereignisses gesteigert werden kann, bis das Laminat seine Lastübertragungsfunktion verliert. Bis zum Erreichen dieser Last, also der quasi-statischen Tragfähigkeit des Laminats, treten nach dem ersten Schichtversagen noch weitere Schadensereignisse auf. Jedes Schadensereignis führt zu einer Veränderung der Laminatsteifigkeit. Zur Abschätzung der Laminattragfähigkeit muss die Schadensfolge simuliert werden. Das grundsätzliche Vorgehen ist in Abb. 5.9 angedeutet. Dabei handelt es sich um einen iterativen Zwei-Phasen-Prozess: 1. Nächstes Schadensereignis finden (Wie Suche nach erstem Schichtversagen) 2. Modellieren des identifizierten Schadens � ETH Zürich, IMES-ST 5-18
FASERVERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE Die Schadensmodellierung verändert die betroffene Schicht und damit die örtlichen Laminateigenschaften, so dass die Modifikation der ABD-Matrix die Schadensmodellierung abschliesst, wenn die Mehrschichtentheorie in der Strukturanalyse herangezogen wird. Lastfall Ausgabe Schädigungsverlauf Sicherheitsreserven Laminatdefinition ABD-Matrix nächstes Versagen k, �, FB oder ZFB Stop Abbildung 5.9: Schema einer Schadensfortschrittsrechnung 5.4.4.1 Einfachstes Schadensmodell Schaden modellieren Eine Zugprobe aus einem quasi-isotropen Laminat [0;±45; 90]s sei einachsig in x-Richtung belastet. Die Last wird nun bis zum Erreichen derjenigen Materialbeanspruchung in den 90-Grad Lagen gesteigert, bei der Zwischenfaserbruch auftritt. Nimmt man an, dass dieser Zwischenfaserbruch sich durch die gesamte Probenbreite erstreckt, so ist die Lastübertragung in den 90-Grad Lagen entlang der Rissufer unterbrochen. Je nach statistischer Verteilung der Festigkeit des Materials wird dieser Schaden gleichzeitig oder bei geringfügiger weiterer Laststeigerung an mehreren Orten auftreten, wobei die Abstände zwischen den Rissen auffallend gleichmässig sind. Man spricht bei diesem Phänomen von charakteristischen Schadenszuständen [9], die sich am deutlichsten unter Ermüdung ausbilden. Die dünnen Linien in Abb. 5.10 verdeutlichen den quasiisotropen Laminataufbau während die fett gezeichneten Linien Orte sind, an denen die 90-Grad Lagen keine Kraft in der Probenlängsrichtung übertragen. Abbildung 5.10: Quasi-isotropes Laminat: Zwischenfaserbruch in 90º Lage Nun wird die Last bis zum dem für Zwischenfaserbruch in den ±45-Grad Proben kritischen Wert gesteigert. Es entstehen weitere linienförmige Orte, an denen in den jeweiligen Schichten die 5-19 Version 1.0 (September 2010)
Seite 1: Festigkeit und Schadensanalyse Kapi
Seite 4 und 5: FESTIGKEIT VON FVK UND SCHADENSANAL

Festigkeit und Schadensanalyse - ETH Zürich

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?