Grundlagen zur Elastokinematik mit Faser-Kunststoff-Verbunden

Abstract

Im Hinblick auf die Bedeutung von Faser-Kunststoff-Verbunden und ihrem grossen Anwendungsbereich wird im Zuge dieser Arbeit der Begriff der Elastokinematik erklärt und in Zusammenhang mit FKV gesetzt. Im weiteren Verlauf werden Grundlagen zur Berechnung von Strukturen erläutert, zusammengefasst und ein Vergleich mit den in der Literatur vorherrschenden mikromechanischen Berechnungen gezogen. Auf die Theorie des Langzeitverhaltens von Kunststoffen wird ebenso eingegangen wie auf das Verhalten von Faser-Verbund-Werkstoffen unter Langzeitbelastung. In Bezug auf das viskoelastische Verhalten der Kunststoffmatrix wurde ein technisch einfacher Prüfstand entwickelt, der das Langzeitverhalten von gewickelten Faser-Kunststoff-Rohren untersucht. Es werden die mechanischen Grundlagen zum Prüfstand als auch der Prüfstand selbst jeweils bei der Biegeprüfung und der Torsionsprüfung anschaulich erklärt. In weiterer Folge werden Ausgangsmaterialien und die Wickelwinkel der Proben definiert. Die Fertigung der FKV-Rohre mittels der am Institut verwendeten Wickelmaschine wird beschrieben. Die kreuzungsfrei gewickelten Proben werden in dieser Arbeit auf ihr Kriechverhalten untersucht und die Rohre mit verschiedenen Wickelwinkeln untereinander verglichen. Die dazugehörigen Versuchsergebnisse werden aufgearbeitet, grafisch dargestellt und Erkenntnisse über das vom Faserwinkel abhängige Kriechverhalten zusammengefasst.

With regard to the importance of fiber-reinforced polymers (FRP) and their widespread fields of application the concept of elasto-kinematics and its interrelation with FRPs will be the main focus of the thesis on hand. In the further course of the thesis the calculation basics of complete FRP structures will be outlined and summarized, including a short comparison with micromechanical calculations predominant in the corresponding literature available. The work will cover theories of general long-term behavior of synthetic materials as well as the behavior of FRPs experiencing sustained loading. In relation to the viscoelastic behavior of the synthetic matrix, a testing station monitoring and analyzing the long-term behavior of winded FRP-pipes has been developed. Its mechanical basics as well as the testing station at both the bending testing and the torsional testing will be explained in a detailed way. Subsequently, the starting materials and winding-angles of the probes will be defined. The manufacturing of the FRP-pipes using the department-s winding-machine will be described. The creeping behavior of the cross-free winded probes is examined and pipes with different winding angles are compared. The obtained results are presented and graphically displayed to gain knowledge about how the material's creeping behavior is correlated to the fiber's angle.