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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Kennzahlen Gfk CfK etc



FlyHein
30.06.2002, 06:51
Guten Morgen Gemeinde

ich bin auf der suche nach physikalischen Kennzahlen verschiedener Materialien wie GfK, CfK, Balsa, Abachi, Aramid, Stahl, Alu, Polystahl etc. Diese Daten werden häufig bei Berechnungen (Holmauslegungen etc) gebraucht.

Querschnittsfläche (mm²) Biegefestigkeit (N/mm²) Druckfestigkeit (N/mm²) Zugfestigkeit (N/mm²) Schubfestigkeit (N/mm²) Bruchdehnung (N/mm²) Elastizitätsmodul (N/mm²) Dichte (kg/m³)
Diese Daten müßten insbesondere den Ingenieuren unter uns bekannt sein.
Ich bin gern bereit in diesem Beitrag eine Tabelle zu führen, sodaß eine kompakte Übersicht allen zur Verfügung steht.
Also last die Informationen, vielleicht sogar mit Quellenangaben, fließen

[ 30. Juni 2002, 08:55: Beitrag editiert von: FlyHein ]

Yeti
30.06.2002, 18:51
Hi Fly Hein!

Stahl:

Dichte 7,85 g/cm³ = 7,85 kg/dm³ = 7850 kg/m³, na ja, jedenfalls 7,85 mal mehr als Wasser ;)
E-Modul 210 000 N/mm²
Streckgrenze: je nach Stahlsorte von 175 N/mm² (St-33) bis 1400 N/mm² bei einigen Vergütungsstählen (Tabellenbuch Metalltechnik)
Bei Schubbeanspruchung muss eine Vergleichsspannung aus Zug- und Schubspannungen gebildet werden.

Alu:

Dichte 2,7 g/cm³
E-Modul 73 000 N/mm²
Festigkeit kann man pauschal genauso wenig angeben wie bei Stahl (30 N/mm² bei reinem Alu bis über 500 N/mm² bei einigen Legierungen)

Faserverbundwerkstoffe:
Alle Kennwerte abhängig vom Faservolumenanteil und der Faserausrichtung! Laminatdicke:
t = Flächengewicht (in g/m²) / (Faserdichte (in g/cm³) * Faservolumenanteil (0...1) * 1000)

Alle folgenden Werte für 35% Faseranteil (LBA-zugelassene Werte für Segelflugzeuge und Motorsegler). Die Werte berücksichtigen die erzielbare Laminatqualität im Handlaminierverfahren. Bei höherem Faservolumenanteil kann man die Werte hochskalieren. Wer meint, besser bauen zu können, muss allerdings auch die Konsequenzen tragen können :D .

GfK:

Dichte der Fasern 2,55 g/cm³, Epoxidharz ca. 1,1 g/cm³

UD-Laminat

Zug- und Druckfestigkeit in Faserrichtung: 300 N/mm²
E-Modul in Faserrichtung: 27000 N/mm²
E-Modul senkrecht zur Faserrichtung: 6500 N/mm²
Schubfestigkeit: 30 N/mm²
Schubmodul 2200 N/mm²

Gewebe mit gleichem Faseranteil in Kett- und Schussrichtung

Zug- / Druckfest. 90 N/mm² (in Faserrichtung)
E-Modul in Faserrichtung: 16000 N/mm²
E-Modul unter 45° zur Faserrichtung: 10000 N/mm²
Schubmodul (parallel) 3700 N/mm²
Schubmodul (+/- 45°) 7500 N/mm²
Schubfestigkeit (+/- 45°) 100 N/mm²

CfK:
Faserdichte 1,77...1,8 g/cm³

UD / Rovings (HT-Fasern = hochfeste)
Zugfestigkeit 650 N/mm²
E-Modul in Faserrichtung: 75000 N/mm²
E-Modul senkrecht zur Faserrichtung: 3500 N/mm²

Gewebe mit gleichem Faseranteil in Kett- und Schussrichtung

Zug- / Druckfest. 200 N/mm² (in Faserrichtung)
E-Modul in Faserrichtung: 40000 N/mm²
E-Modul unter 45° zur Faserrichtung: 10000 N/mm²
Schubmodul (parallel) 1600 N/mm²
Schubmodul (+/- 45°) 16000 N/mm²
Schubfestigkeit (+/- 45°) 120 N/mm²

Das sind allgemeinzugängliche Werte. In der Regel werden für die Dimensionierung eigene Werte zugelassen, die auf den Anwendungsbereich und das Fertigungsverfahren zugeschnitten sind. Diese Werte rückt natürlich keiner raus (ich auch nicht). Ich kann nur jeden warnen, zu hohe Werte anzusetzen. Gerade bei der Verarbeitung von Rovings kommt es sehr auf eine möglichst parallele Faserausrichtung an. Man sollte auf jeden Fall ein paar Probestücke bauen und sich das Ergebnis mal anschauen (durchsägen, schleifen...) und auf Welligkeit, Lunker, u.s.w. kontrollieren. Insbesondere die Druckfestigkeit geht bei schlechter Bauteilqualität massiv in den Keller. Wenn irgendwer Quellen mit deutlich höheren Werten findet, sollte er auch mal schauen, für welche Materialien und Verarbeitungsverfahren die gelten. Bei Prepregs ("pre-impregnated", also maschinell vorgetränkten Fasern) sind schon um einiges bessere Werte erreichbar. Aber wer hat zu Hause schon einen Autoklaven?

Neben den hochfesten (HT) Fasern gibt es auch hochsteife (HM "Hochmodul") Fasern. Die bekommt man aber fast nirgends (erst recht nicht in kleinen Mengen) und außerdem sind die um den Faktor 3-4 teurer als die hochfesten. Die Festigkeit von HM-Fasern ist in der Regel geringer als von HT-Fasern. Man braucht sie eigentlich auch nur, wenn die Festigkeit eine untergeordnete Rolle spielt und das Bauteil auf höchste Steifigkeit ausgelegt ist wie beim "Kleinteil" (http://www.leichtwerk.de/eta/de/technologie/m40j.html)

Beim Kauf von Kohlerohren / Stäben lohnt es auch, mal nach dem Herstellungsverfahren zu fragen. Die meisten machen dazu allerdings leider keine Angaben. Pultrudierte Rohre haben eine höhere Zug- und Druckfestigkeit. Allerdings lassen sich mit dem Verfahren keine Rohre mit diagonaler Faserorientierung herstellen. Die sind dann aus Schläuchen oder gewickelt aus Gewebe. Bei Beschreibungen wie "superleicht, hohe Dehn- und Torsionssteifigkeit" werde ich jedenfalls immer skeptisch. Sowas ist dann nämlich eher "ziehmlich dehn- und torsionssteif, aber nicht ganz so dehnsteif wie ein pultrudiertes Rohr und nicht ganz so torsionssteif wie ein gewickeltes Rohr und wenn doch, dann nicht ganz so leicht". Sehr hochleistende Sandwich-Stäbe (mit Rohacell-Schaumkern) gibt es unter www.schuetze-staebe.de (http://www.schuetze-staebe.de) . Auf Kundenwunsch können die gewünschte Dehn- und Torsionssteifigkeit genau eingestellt werden. Aber Achtung: Ein Kilogramm echter Kaviar ist billiger ;) Habe mal vorsichtig angefragt, weil ich Interesse hatte, solche Rohre als Mast für meinen Trimaran einzusetzen, mir dann aber überlegt, doch lieber irgendwas aus dem Drachenladen zu kaufen. :rolleyes:

Frohes Harzpanschen!

Yeti

Yeti
30.06.2002, 20:18
...kleiner Nachtrag noch.

Die angegebene Zugfestigkeit für CfK Rovings/UD-Gelege gilt für einen Faservolumenanteil von 50% (= 0,5). Alle anderen stimmen für einen Faservolumengehalt von 0,35.

Außerdem habe ich die Werte leicht "frisiert", d.h. sie stimmen nicht 100%ig mit meiner Quelle überein. Für den privaten Gebrauch sollte das aber hinreichend genug sein. Ist nur, damit nicht ein "Professioneller" kostenlos an die Original-Werte ran kommt ;)

Gruß Yeti

ufisch
02.07.2002, 06:59
Abachi:
Dichte 0,56-0,62 kg/dm³
Druckfestigkeit längst 30N/mm²
Biegefestigkeit längst 60N/mm²

Kiefer:
Dichte 0,30 kg/dm³
E-Modul längst 12000, quer 300 N/mm²
Druckfestigkeit längst 47, quer 7,7 N/mm²
Zugfestigkeit längst 104, quer 3,0 N/mm²
Biegefestigkeit längst 87, quer - N/mm²
Scherfestigkeit längst 10,0, quer - N/mm²

Die Festigkeitseigenschaften bei Holz können von Kantholz zu Kantholz sehr stark schwanken (ca. 300%!!)

[ 02. Juli 2002, 07:00: Beitrag editiert von: ufisch ]

ufisch
02.07.2002, 20:16
Balsa:
Dichte 0,10-0,13 kg/dm³
Druckfestigkeit längst 5-15N/mm²
Biegefestigkeit längst 15-23N/mm²
Zugfestigkeit 20-40 N/mm²

Birke:
Dichte 0,6-0,7 kg/dm³
Druckfestigkeit längst 42-62N/mm²
Biegefestigkeit längst 15-23N/mm²
Zugfestigkeit 120-144 N/mm²

Buche:
Dichte 0,65-0,80 kg/dm³
Druckfestigkeit längst 52-64N/mm²
Biegefestigkeit längst 90-125N/mm²
Zugfestigkeit 100-135 N/mm²

[ 02. Juli 2002, 20:20: Beitrag editiert von: ufisch ]

FlyHein
30.07.2002, 09:14
Guten Morgen Gemeinde

am 30. 06.2002 hab ich großspurig angeboten, die zur Verfügung gestellten Kennzahlen tabellarisch führen zu wollen. Dies stellt sich als sehr schwierig heraus, da die bisher hier oder per E-Mail zur Verfügung stehenden Kennzahlen in weiten Bereichen schwanken. Dies gilt insbesondere für Holzwerkstoffe. Auch Einheiten wie Winkelangaben, Dichten, Richtung der Faser- und Maserungsverläufe unterscheiden sich stark.
Mir ist es deshalb gegenwärtig nicht möglich eine allgemeingültige Tabelle zu führen. Wenn jemand Daten benötigt, stelle ich ihm gerne das "Sammelsurium" zur Verfügung.