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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Ansatz zur Beschreibung des Versagensverhaltens von stahlfaserverstärktem CFK

Freitag (20.09.2019)
11:00 - 11:30 Uhr Musikzimmer
Bestandteil von:


Neue Leichtbau-Werkstoffe gehören zu den Schlüsseltechnologien in Fragen zukünftiger Mobilitätskonzepte, Klimaschutz sowie im Allgemeinen der Entwicklung von ressourcen- und energieeffizienten Produkten. Eine der häufigsten Strategien, um diesen Fragestellungen zu begegnen, ist der Einsatz von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Diese Werkstoffe bergen viele Vorteile, wie überlegene gewichtsspezifische mechanische Eigenschaften, hervorragende Ermüdungsfestigkeit und in Folge reduzierte Betriebs- und Wartungskosten, aber auch schwerwiegenden Nachteile, wie das spröde Versagensverhalten und die geringe Schadenstoleranz bei Impakt- und Crashbeanspruchungen. Darüber hinaus ist die elektrische Leitfähigkeit von CFK, verglichen mit metallischen Leitbauwerkstoffen für bestimmte/gängige elektrische Anforderungen eines Strukturbauteils (z. B. Blitzschlagschutz, elektromagnetische Abschirmung, Erdung) nicht ausreichend.

Ein Ansatz, um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, basiert auf der Integration von Stahlfasern in das CFK auf Werkstoffebene. Aufgrund des duktilen Materialverhaltens mit vergleichsweise hoher Bruchdehnung bieten die Stahlfasern nach dem Versagen der spröden Kohlenstofffasern alternative Lastpfade und ermöglichen in Folge eine deutliche Verbesserung der Schadentoleranz und Energieabsorption bei einer gleichzeitigen Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit. Das sich ergebende Energieabsorptionspotenzial des Hybridverbundwerkstoffs hängt im Wesentlichen von den Anteilen der verschiedenen Verstärkungsfasertypen, ihren individuellen Eigenschaften, der Laminatarchitektur und insbesondere von den Grenzschichteigenschaften zwischen Faser und Matrix ab. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über das mechanische Potenzial dieses neuen Hybridwerkstoffes und geht dabei im speziellen auf die Beschreibung des Materialverhaltens ein. Hierzu wird ein analytischer Ansatzes vorgestellt und auf ein stahlfaserverstärktes CFK angewendet. Ein abschließender Vergleich mit einer experimentell ermittelten Spannungs-Dehnungs-Kurve bestätigt das eingeführte theoretische Modell.

Sprecher/Referent:
Stefan Schmidt
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Benedikt Hannemann
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Dr. Sebastian Schmeer
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Jan Rehra
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)