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2021 | Buch

Charakterisierung des temperaturabhängigen Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens von glasfaserverstärktem Polyurethan und Epoxid im LCF- bis VHCF-Bereich

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Über dieses Buch

Daniel Hülsbusch führt eine Charakterisierung des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens eines neuentwickelten glasfaserverstärkten Polyurethans ggü. eines glasfaserverstärkten Epoxids unter betriebsrelevanten Umgebungstemperaturen von -30 bis +70 °C durch. Im Zuge dessen werden Hochfrequenz-Prüfverfahren unter besonderer Berücksichtigung der Eigenerwärmung für den Einsatz an glasfaserverstärkten Kunststoffen weiterentwickelt, um die Materialeigenschaften bis in den VHCF-Bereich durch alternierende zyklische Beanspruchungen und in situ computertomographische Defektanalysen zu ermitteln. Die Ergebnisse dienen dem Verständnis über die material- und umgebungsabhängige Ausbildung der Ermüdungseigenschaften – insbesondere durch eine differenzierte Beschreibung der Schädigungsentwicklung im HCF- und VHCF-Bereich – und der darauf basierenden kontinuierlichen Restlebensdauerabschätzung. Die Erkenntnisse gewährleisten eine optimierte Ausnutzung der Leistungsfähigkeit und einen sicheren Betrieb langzeitbeanspruchter Strukturen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen.
Der AutorDaniel Hülsbusch ist als Oberingenieur am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund tätig und schloss dort seine Promotion ab. Er bearbeitet wissenschaftliche Fragestellungen im Bereich der Charakterisierung des Verformungs- und Schädigungsverhaltens von Verbundwerkstoffen und Hybridstrukturen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Im Zuge des Klimawandels und des Pariser Klimaabkommens werden aktuell große Aufwände zur Nutzung erneuerbarer Energien betrieben. In diesem Zusammenhang liegt ein Schwerpunkt auf der Windenergie, die derzeit rund 17 % der deutschlandweiten Stromversorgung gewährleistet und deren Ausbau von On- und Offshore-Anlagen sowie Optimierung der Leistungsfähigkeit ein strategisches Ziel darstellt [1]. Die technologische Weiterentwicklung dient der Realisierung langfristig wirtschaftlicher Windkraftanlagen.
Daniel Hülsbusch
Kapitel 2. Stand der Technik
Zusammenfassung
Sofern nicht explizit anders angegeben, handelt es sich in dieser Arbeit stets um endlosfaserverstärkte Kunststoffe und die Abkürzung FVK wird stellvertretend für Strukturen mit diesem Fasertyp verwendet. Des Weiteren werden ausschließlich polymerbasierte Matrixsysteme berücksichtigt und der Fokus auf duroplastische Kunststoffe mit Glasfaserverstärkung (GFK) gelegt.
Daniel Hülsbusch
Kapitel 3. Werkstoffe – Glasfaserverstärktes Polyurethan und Epoxid
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit werden glasfaserverstärktes Polyurethan (GF-PU) und Epoxid (GF-EP) gegenübergestellt. Die Strukturen bestehen aus einem 16-lagigen Gewebe mit quasi-isotropem Aufbau [45/–45/0/90]2S und einem Faservolumengehalt von 46 %. Als Fasermaterial wird Hex-Force 07781 1270 (E-Glas, 9 µm Faserdurchmesser, 300 g·m−2 Flächengewicht) in 8h Atlasbindung verwendet.
Daniel Hülsbusch
Kapitel 4. Experimentelle Verfahren und Methodenentwicklung
Zusammenfassung
Im Folgenden werden die eingesetzten Prüfstrategien erläutert. Alle Untersuchungsreihen wurden unter variierender Umgebungstemperatur von −30, 23 und 70 °C durchgeführt. Die Prüfstrategie zur Charakterisierung des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens im LCF- bis VHCF-Bereichs basiert auf einer Kombination von lebensdauer-, vorgangs- und schädigungsorientierten Untersuchungen.
Daniel Hülsbusch
Kapitel 5. Ergebnisse
Zusammenfassung
Der Dehnratenansatz ist unter vereinfachter Annahme eines linear-elastischen Verformungsverhaltens im ungeschädigten Probenzustand unabhängig von Materialkennwerten. Als Einstellgröße dient die Bezugsfrequenz (\(f_{0}\)). Diese wurde in den Untersuchungen für \(\sigma _{o}\) = 60 MPa auf 7 Hz festgelegt.
Daniel Hülsbusch
Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden quasi-isotrop glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) mit variierender Matrixkomponente hinsichtlich des temperaturabhängigen Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens vom LCF- bis VHCF-Bereich charakterisiert und gegenübergestellt. Als Matrixkomponenten wurden ein neu entwickeltes Polyurethan (PU) und ein für die Verwendung in der Luftfahrt zertifiziertes Epoxid (EP) verwendet. Um eine Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse von GF-PU und -EP zu gewährleisten, wurden im Rahmen der Arbeit umfangreiche Methodenentwicklungen durchgeführt. Ein Schwerpunkt lag auf der Entwicklung und Validierung eines Ansatzes zur Ermittlung geeigneter Frequenzen auf Basis der induzierten Energierate, um kritische Eigenerwärmungen ausschließen zu können.
Daniel Hülsbusch
Backmatter
Metadaten
Titel
Charakterisierung des temperaturabhängigen Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens von glasfaserverstärktem Polyurethan und Epoxid im LCF- bis VHCF-Bereich
verfasst von
Daniel Hülsbusch
Copyright-Jahr
2021
Electronic ISBN
978-3-658-34643-0
Print ISBN
978-3-658-34642-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-34643-0

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