Hallo Steffen,
es hängt immer von der Höhe der Belastung ab, auch bei diagonal und unter 90° zur Belastung liegenden Faserlagen. Bleibt die Dehnung der dreidimensional beanspruchten Matrix in solchen Verbunden unter der Bruchdehnung der Matrix, treten keine Matrixbrüche auf und damit auch keine Spannungsspitzen die eine Kerbwirkung auf lasttragende Fasern haben.
Ich habe vor langer Zeit mal Ermüdungsversuche bei der DLR in Köln Porz zu diesem Thema durchgeführt und war fast fünf Jahre damit beschäftigt.
Das ist richtig, wenn man kurzzeitige Belastung unterstellt. Ebenso Steffens Einwand. Der Beginn einer Schädigung und die Höhe dieser Schädigung bzw. deren Auswirkung (effect of defect) ist, seit ich denken kann, die unter Experten am stetigsten und heißesten diskutierte Frage. Egal welche Faserverbunde (FVK-Faserverbundkunststoffe) man betrachtet. Man muss nämlich genau genommen jede Laminatart und jeden Faservolumengehalt unter allen denkbaren Einflussgrößen separat analysieren... viel Spaß dabei
. In der Praxis bedient man sich also gewissen Regellaminaten und untersucht diese.
Eines trifft immer zu: die Matrix/ das duroplastische Harz zeigt bei anhaltender statischer Last ein Relaxationsverhalten, d.h. eine degressive, zunehmende Dehnung. Aka: ein unkonstant abnehmender, scheinbarer Langzeit-E-Modul (hä?), im Gegensatz zu Thermoplasten, welche "Kriechen". Dadurch kann die Rissbildungsgrenze langzeitig nicht ganz so extrem, aber immer noch deutlich geringer liegen als kurzzeitige Kennwerte vermuten lassen. Relaxation tritt dabei vor Allem interlaminar auf, und wie gesagt muss eine statische Last anliegen- daher ist der statische Lastfall oft kritischer als der dynamische.
Dazu kommen weitere, stark die langzeitige zulässige Belastung bestimmende Einflussfaktoren.
- Temperatur
- Chemischer Einfluss/ Feuchte
- Zyklen
Das dynamische Zeitstand-Verhalten (Zyklenfestigkeit- also das womit man im Metall die größten Probleme hat), ist bei FVK in der Regel überragend gut- bei hochverstärkten CFK-Strukturen sind dynamische Abminderungsfaktoren oft faktisch nicht mehr zu ermitteln. Anders ausgedrückt: was kurzzeitig hält, hält fast ewig. Zyklen sind v.a. dann signifikant, wenn nahe der Schädigungsgrenze/ Grenzdehnung belastet wurde, also man eigentlich bereits das Material geschädigt hat und weiter missbraucht. das steht so ähnlich ja schon weiter oben (und ist im krassen Widerspruch zu "Rcgurus" Quatsch)
Wenn Dehnungen mit Umgebungseinflüssen einher gehen, tritt das Spannungs-Riss-Verhalten/ "Strain-corrosion" in den Vordergrund. Das ist oft gerade für mechanisch hochbelastbare, faserreiche Laminate ein Problem. Umso mehr Bedeutung hat deswegen die Faser-Matrix-Anbindung ("Wet-out") und die korrekte Durchhärtung der Harze (HDT/ Tg).
Die von Christian dargestellten Faserbrüche bei Belastung unterhalb der Bemessungsgrenze zeigen in der Regel nicht so relevante Auswirkungen (einwandfreie Laminate angenommen). Sondern führen oft gar dazu, dass Laminate nach einer ersten Belastung insbesondere bei moderat erhöhten Temperaturen höhere Festigkeiten erreichen als neu und kalt. Es gibt da so diverse gegeneinander laufende Mechanismen... zu komplex für den Augenblick. Für hochsteife CFK-Strukturen aber kann das ein Problem sein (v.a. wenn gegen Delamination kritisch).
Das Vergilben von (Polyester-) Deckschichten ist mechanisch meist unbedeutend. Auch lassen sich transparente Deckschichtharze mit wirkungsvollen UV-Absorbern ausstatten und damit eine gute Bewitterungsstabilität erreichen. Epoxyde gehen fast ewig nicht kaputt...
In der Praxis wesentlich bedeutender als die hypothetischen Ermüdungsverhalten unter Laborbedingungen, sind meistens Fertigungsabweichungen und Stress-Konzentrationen, dort wo man sie nicht vermutet - oder gegen die das Laminat fehlerhaft ausgelegt wurde.
Noch ein wichtiger Punkt: je nach Faserart und -gehalt bzw. Laminatrichtung/ Belastung kann das Schädigungs- und Alterungsverhalten sehr unterschiedlich sein. Pauschale Aussagen sind also sehr gefährlich, besser gesagt unmöglich! Meistens sind FVK aber extrem langzeit-beständig und wesentlich alterungsfester als Metalle, selbst wenn keine Korrosion wirkt. Nur bei Fehlauslegungen und Verarbeitungsmängeln zeigt sich schnell: aus Schaden wird man klug
