Ermittlung und Bewertung von Eigenschaften faserverstaerkter Werkstoffe mit Metallmatrix Abschlussbericht

Abstract

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde der Einfluss von Strukturstoerungen in modernen Verbundwerkstoffen auf die Festigkeit des Verbundes unter produktnahen Einsatzbedingungen durch Computersimulation mittels der Methode der finiten Elemente (FEM) quantifiziert und in Abhaengigkeit von wichtigen geometrischen Parametern wie Form, Abstand von der Oberflaeche oder Lage zu dieser sowie weiteren Einfluessen systematisiert. Die Erhoehung der Zuverlaessigkeit moderner Verbundwerkstoffe haengt in entscheidendem Masse vom Erreichen einer moeglichst homogenen Struktur ab. Dies ist notwendig, um Ausfallwahrscheinlichkeiten von Bauteilen aus diesen Werkstoffen so niedrig wie moeglich zu halten. Als Berechnungsverfahren wurde die FEM aufgrund ihrer universellen Eigenschaften ausgewaehlt. Die Werkstoffreaktionen an einer Strukturstoerung auf realistische Last- und Temperaturverhaeltnisse konnten somit auch bei komplizierten Geometrieverhaeltnissen ermittelt werden. Wegen der Komplexitaet der Aufgabe wurden die Berechnungsserien auf abstrahierte mechanische Modelle konzentriert. Die Ergebnisse wurden in grafischer Form so aufbereitet, dass der Vergleich mit den Beanspruchungen beim Umlaufbiegeversuch, einem anerkannten Pruefverfahren, moeglich ist. Es wurde eine Darstellungsweise gewaehlt, die in der taeglichen Arbeit des Werkstoffingenieurs und des Konstrukteurs als Eingangsinformation fuer in der Praxis uebliche Bewertungsalgorithmen dienen kannThe project tasks performed are quantification of the effects of structural defects in modern composites on the strength of the composite materials, determined at near-service conditions by means of computerized simulation, applying the finite-element method for quantification, and systematic evaluation and representation of derived data as a function of significant parameters such as shape, distance from the surface, or position relative to the surface, or other effects. Improvement of service reliability of modern composites primarily depends on the degree of structural homogeneousness achieved, which is the decisive factor that will keep failure probabilities of the components at a low level. FEM is the computation method selected, and its universal applicability permitted to determine the materials responses at a structural defect to realistic stresses and temperatures even in complex geometries. Due to the complexity of the task, the computerized calculations have been performed for abstracted mechanical models. The computed results have been processed into a graphic representation, in order to allow direct comparison with the results of the rotation bending test, an approved testing technique. Thus a form of representation is available that can be used by engineers and designers in their daily routine as input information for generally applied evaluation algorithms. (orig./CB)Available from TIB Hannover: RA 1581(563) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Wirtschaft, Bonn (Germany); Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Koeln (Germany)DEGerman