Festigkeiten von Composites
Festigkeiten von Composites
Hallo zusammen,
die Auslegung eines Bauteils aus Verbundkunststoffen ist eine ziemlich komplexe Angelegenheit. Bei isothropen Werktoffen wie Stahl oder Aluminium ist das einfacher, sie weisen in alle Richtungen gleiche Eigenschaften auf. Wirken auf ein Teilchen Spannungen (Zug, Druck, Schub) in verschiedene Richtungen, dann berechnet man eine sogenannte Vergleichsspannung. Diese vergleicht man dann z.B. mit der Zugfestigkeit des Werkstoffes und weiß dann, ob das ganze hält. Problem dabei ist aber schon in vielen Fällen, die Spannungen an einer bestimmten Stelle des Bauteils zu erfassen, das kann sehr komplex sein. Gelöst wird das dann über FE-Programme (Finite Elemente).
Bei unseren Composites kommt nun erschwerend hinzu, daß sie ein stark anisothropes, also richtungsbezogenes Verhalten aufweisen. In Faserrichtung zeigen Sie hohe Steifigkeiten und Festigkeiten, quer dazu jedoch nur gerige Eigenschaften. Man laminiert daher gerne verschiedene Lagen unterschiedlicher Orientierung übereinander. Die Steifigkeit eines solchen Laminates kann man mit der sogenannten Kontinuumstheorie, auch CLT genannt bestimmen, das geht sehr gut und genau. Die Festigkeiten sind aber nur schwer vorhersehbar. Warum? Weil wir in aller Regel einen mehrachsigen Spannungszustand haben, also Spannungen in Faserrichtung, quer dazu sowie Schubspannungen. Ein Laminat kann z.B. versagen, weil die Haftung zwischen Harz und Faser aufgibt, dann delaminiert das Ganze. Die Faser ist aber noch top fit. Die reine faserfestigkeit sagt hier nichts aus.
Man könnte das nun noch weiter ausführen, führt hier aber zu weit.
Wichtig ist: Überlegt in welche Richtung die Hauptspannungen verlaufen, in diese müssen die meisten Fasern gelegt werden. Bei gemischten Belastungen halt in beide Richtungen, z.B. Leitwerksträger Seglerrumpf. Hier hat man Biegung und Torsion. Man baucht daher Fasern in Längrichtung um Zug/Druck der Biegung aufzunehmen, +/-45° um die Torsion zu ertragen und noch in 90°, also Umfangsrichtung, um den Kreisquerschnitt auszusteifen. Ansonsten beult das Rohr.
Bei Holmen braucht man natürlich Fasern in den Gurten in Längsrichtung, man muß aber auch Schub zwischen den Gurten übertragen. Das geht am besten mit Fasern unter +/-45°.
Wer genau rechnen will, dem sei das Programm CompositeStar empfohlen. (
www.compositestar.com)
Michael
Und indirekt hattest du ja auch geschrieben, dass man damit alleine eigentlich nichts anfangen kann 
