Untersuchungen zum Einfluss gezielt nicht geradlinig eingebrachter Faserverstärkungen auf die mechanischen Eigenschaften einer nachgiebigen Polymermatrix

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Problemstellung
• Zielsetzung
• Vorgehensweise
• Grundlagen der N-FKV
• Endlosfaserverstärkte Kunststoffe
• Steife Matrices für FKV
• Nachgiebige Matrices für FKV
• Anwendungen von nachgiebigen FKV
• Faserwelligkeit in biologischen Geweben
• Natürliche Sehnen
• Künstliche Sehnen
• Faserwelligkeit in technischen Strukturen
• 2D Umlenkung von Faserverstärkungen
• 3D Umlenkung von Faserverstärkungen
• Ein rheologisches Modell für N-FKV
• Vergleich und Bewertung von Herstellungsverfahren für N-FKV
• Untersuchungen flächiger N-FKV
• Verwendete Werkstoffkomponenten für flächige N-FKV
• Versuchsaufbau und Durchführung
• Mechanische Eigenschaften verstärkter Polyesterharze
• Mechanische Eigenschaften von flächigen N-FKV
• Einfluss der Welligkeit auf die mechanischen Eigenschaften
• Einfluss des Halbzeuges auf die mechanischen Eigenschaften
• Die Interaktion welliger benachbarter Lagen in N-FKV
• Dynamische Versuche an flächigen N-FKV
• Spannungsoptische Versuche und Finite-Element-Analysen von flächigen N-FKV
• Spannungsoptische Versuche
• Finite-Element-Analysen
• Andere nicht geradlinige flächige Faserverstärkungen in N-FKV
• Diskussion der Untersuchungen von flächigen N-FKV
• Untersuchungen seilförmiger N-FKV
• Werkstoffkomponenten für seilförmige N-FKV
• Versuchsaufbau und Durchführung
• Gedrillte und geflochtene E-Glas Rovings in nachgiebigen Matrices
• Geflochtene Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix
• Helixförmige Kohlenstofffaser Rovings in einer nachgiebigen Silikonmatrix
• Diskussion der Untersuchungen von seilförmigen N-FKV
• Zusammenfassung und Ausblick
• Zusammenfassung
• Ausblick
• Summary
• Formelzeichen und Abkürzungen
• Formelzeichen
• Indizes
• Abkürzungen
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung des Einflusses gezielt nicht geradlinig eingebrachter Faserverstärkungen auf die mechanischen Eigenschaften einer nachgiebigen Polymermatrix. Ziel ist es, die Möglichkeiten einer neuen Werkstoffkombination zu bewerten, bei der die allgemein gültige Gradlinigkeit von Fasern in Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch eine gewollte Welligkeit ersetzt wird. Die steife Matrix (üblicherweise Polyester- oder Epoxidharze) soll durch eine nachgiebigere Polymermatrix (z.B. Polyurethan) ersetzt werden. Dieses Konzept soll zu einem neuen Verbundwerkstoff, den Nachgiebigen Faser-Kunststoff-Verbunden (N-FKV), führen, der sowohl eine hohe spezifische Festigkeit als auch eine hohe Dehnung bis 20% ermöglicht.

• Untersuchung des Einflusses der Faserwelligkeit auf die mechanischen Eigenschaften von N-FKV
• Entwicklung und Bewertung von Herstellungsverfahren für N-FKV
• Analyse des Werkstoffverhaltens von N-FKV in statischen und dynamischen Zugversuchen
• Spannungsoptische und Finite-Element-Analysen zur Untersuchung der Faser-Matrix-Interaktion
• Bewertung des Potenzials von N-FKV für Anwendungen im Bereich der Schwingungsdämpfung, Schwingungsentkopplung, Leichtbaus und Medizintechnik

Zusammenfassung der Kapitel

Die Dissertation gliedert sich in fünf Kapitel, die sich mit den Grundlagen, der Herstellung, der Eigenschaften und den Anwendungsmöglichkeiten von N-FKV befassen.

• Kapitel 1 führt in die Thematik ein, erläutert die Problemstellung und definiert die Zielsetzung der Arbeit.
• Kapitel 2 behandelt die Grundlagen der N-FKV, beschreibt die verschiedenen Matrixmaterialien und die Bedeutung der Faserwelligkeit in biologischen Geweben und technischen Strukturen.
• Kapitel 3 widmet sich der Untersuchung von flächigen N-FKV. Es werden die verwendeten Werkstoffe, die Fertigungsverfahren und die mechanischen Eigenschaften von verschiedenen N-FKV-Proben untersucht. Außerdem werden spannungsoptische Versuche und Finite-Element-Analysen durchgeführt, um die Faser-Matrix-Interaktion zu verstehen.
• Kapitel 4 behandelt die Herstellung und Untersuchung von seilförmigen N-FKV. Es werden verschiedene Methoden der Faserverstärkung (Verdrehen, Flechten, helixförmige Anordnung) untersucht und die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften analysiert.
• Kapitel 5 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen.

Schlüsselwörter

Die Dissertation beschäftigt sich mit den Themen Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV), Nachgiebigkeit, Faserwelligkeit, Polyurethan, Silikon, mechanische Eigenschaften, Zugversuche, spannungsoptische Versuche, Finite-Element-Analyse, Schwingungsdämpfung, Schwingungsentkopplung, Leichtbau, Medizintechnik.