Methoden der Materialprüfung für Faser-Kunststoff
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Methoden der Materialprüfung für Faser-Kunststoff
Übersicht Prüfmethoden Faser-Kunststoff-Verbunde (Auszug) Statische Prüfungen: Zug Norm für Zugkennwerte Titel DIN EN ISO 527: Teil 4 Kunststoffe: Bestimmung der Zugeigenschaften: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe DIN EN 2561 Luft- und Raumfahrt: Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe UD-Laminate 0° DIN EN 2597 Luft- und Raumfahrt: Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe UD-Laminate 90° 08.08.2016 Bild www.hegewald-peschke.de 2 Statische Prüfungen: Druck Norm für Druckeigenschaften Titel Bild DIN EN ISO 14126 Faserverstärkte Kunststoffe: Bestimmung der Druckeigenschaften in der Laminatebene DIN EN ISO 604 Kunststoffe: Bestimmung von Druckeigenschaften Quelle: [7] 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de 3 Statische Prüfungen: Schub Iosipesco Versuch Versuchsprobe, Faserrichtung 0° oder 90° [1] Anwendung: DU Laminat, Cross Ply Norm: ASTM D5379 Vorteile: • Kostengünstige Probenherstellung • Sehr genaue Versuchsergebnisse • Prüfstand für einfachen Druckversuch • Normiert nach ASTM D5379 Nachteile: • Spezielle Probenaufnahme • Keine reine Scherbelastung Schema Wyoming Versuchsaufbau [1] 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de Probenaufnahme [2] 4 Statische Prüfungen: Schub 45° Zugversuch Nachteile: • Biaxialer Spannungszustand • Keine reine Scherbelastung Anwendung: Cross-Ply, ±45° ausgewogen und symmetrisch Norm: EN ISO 14129, ASTM D3518 Ähnlich: DIN 65466 Vorteile: • Kostengünstige Probenherstellung • Sehr genaue Versuchsergebnisse • Prüfstand für einfachen Zugversuch • Einfacher Versuchsaufbau • Messung von nur 2 Dehnungsrichtungen notwendig • Standardisiert nach EN ISO 14129 bzw. ASTM D3518 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de Versuchsprobe [1] 5 Statische Prüfungen: Schub 10° Zugversuch Anwendung: UD Laminat Vorteile: • Kostengünstige Probenherstellung • Sehr genaue Versuchsergebnisse • Prüfstand für einfachen Zugversuch • Einfacher Versuchsaufbau • Keine spezielle Probenaufnahme erforderlich • Keine Normung nach ISO oder ASTM, aber die Verwendung von ISO 527 möglich • Keine einheitliche Probenspezifikation • Empfindlich gegenüber Biegung/Verdrillung, d.h. Biegespannungen in Breiten-/Dickenrichtung < 3% Nachteile: • Biaxialer Spannungszustand • Messung von 3 Dehnungsrichtungen Versuchsprobe [1] 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de 6 Statische Prüfungen: Schub 3-Rail Schubversuch Anwendung: UD Laminat (0° bzw. 90° zur Längsachse der Rails) Norm: ASTM D4255 Versuchsprobe [2] Vorteile: • Gute Versuchsergebnisse • Prüfstand für einfachen Zug-/Druckversuch • Normung nach ASTM D4255 Nachteile: • Große Versuchsproben • Aufwendige Präparation der Versuchsproben (Bohrungen) • Aufwendige Probenaufnahme • Hohe Kosten Versuchsaufbau [2] 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de 7 Statische Prüfungen: Schub 2-Rail Schubversuch Anwendung: UD Laminat (0° bzw. 90° zur Längsachse der Rails) Norm: ASTM D4255 Vorteile: • Prüfstand für einfachen Zug-/Druckversuch • Normung nach ASTM D4255 • Reine Scherkraft im Bereich der DMS eingeleitet Nachteile: • Große Versuchsproben • Aufwendige Präparation der Versuchsproben (Bohrungen) • Aufwendige Probenaufnahme • Hohe Kosten 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de Versuchsprobe [1] Versuchsaufbau [1] 8 Statische Prüfungen: Schub 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de 9 Statische Prüfungen: Biegung und Schlagzähigkeit Norm für Biegung Titel DIN EN ISO 178 Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften DIN EN ISO 14125 Faserverstärkte Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften Norm für Schlagzähigkeit Titel DIN EN ISO 179 Kunststoffe – Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften 08.08.2016 Bild Bild www.hegewald-peschke.de 10 Statische Prüfungen: Interlaminare Scherfestigkeit Norm für ILS Titel DIN 65148 Prüfung von faserverstärkten Kunststoffen Bestimmung der interlaminaren Scherfestigkeit im Zugversuch DIN EN 2563 Luft- und Raumfahrt – Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe – Unidirektionale Laminate – Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit 08.08.2016 Bild www.hegewald-peschke.de 11 Statische Prüfungen: Sonderprüfungen Biaxiale Prüfungen für Versagenskörper: Biaxiale Zugbeanspruchung Torsion-/Zug-/Druckbelastung Quelle: [4] Quelle: [3] 08.08.2016 www.hegewald-peschke.de 2D & 3D Bruchkörper nach Cuntze-Versagenskriterium [5] 12 Quellenverzeichnis [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 08.08.2016 Hodgkinson J.M.: Mechanical testing of advanced fibre composites. CRC Press, Boca Raton, 2000 Adams D. F.; Carlsson L.A.; Pipes R. B.: Experimental Characterization of Advanced Composite Materials. 3rd Edition, CRC Press, Boca Raton, 2003 Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Patent DE 202012008324 U1: Rohrprobe zur mechanischen Prüfung und zur Ermittlung der einen zu prüfenden Werkstoff charakterisierenden Belastungswerte und Eigenschaften Cuntze: Efficient 3D and 2D failure conditions for UD laminae and their application within the verification of the laminate design, 2006, Composites Science and Technology Keil S.: Beanspruchungsanalyse mit Dehnungsmessstreifen. Cuneus Verlag, Zwingenberg, 1995 Grellmann, W.; Seidler, S.: Kunststoffprüfung, Carl Hanser Verlag, München, 2015 www.hegewald-peschke.de 13