Eigenspannungsanalyse in Verbundwerkstoffen

Zur Bestimmung von Eigenspannungen in isotropen Materialien wird üblicherweise die Norm ASTM E837 verwendet. Für anisotrope Materialien wie Verbundwerkstoffe existiert keine vergleichbare analytische Lösung. Hierfür sind FEM-Simulationen erforderlich, um die gemessene Oberflächenverformung mit den im Materialinneren freigesetzten Spannungen zu koppeln. Die FEM-Simulation muss dabei die unidirektionale Laminatstruktur berücksichtigen. Das hier gezeigte Beispiel veranschaulicht die Ergebnisse eines Cycom 977-2 Kohlenstofffaser-UD-Prepreg-Materials – zwei verschiedene Aushärtungszyklen und vier verschiedene Lagenaufbauten (0/90/0/90).

Die FEM-Simulation wurde anhand des berechneten Oberflächen-Dehnungs- oder Verformungsfeldes im Vergleich zur ReSA-Messung bei unterschiedlichen Bohrtiefen angepasst und validiert (Abb. 1). Diese Informationen werden genutzt, um die Eigenspannungen im Inneren der Struktur zu bestimmen, wie in Tabelle und Abbildung (Abb. 2) dargestellt. Die Simulation wurde vom IVW der Universität Kaiserslautern durchgeführt.