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Ultraschallbasierte Analyse des Lagenaufbaus von CFK

 
: Meyer, Jean
: Heuer, Henning

Dresden: TUDpress, 2017, 244 S.
Zugl.: Dresden, TU, Diss., 2017
ISBN: 978-3-9590-8107-8
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IKTS ()
kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff; CFK; Lagenaufbau

Abstract
Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) weisen gegenüber konventionellen, metallischen Konstruktionswerkstoffen eine besonders hohe spezifische Festigkeit auf. Das macht CFK besonders für dynamische Anwendungen interessant, bei denen Gewicht ein wichtiges Kriterium darstellt. Beispiele hierfür sind der Luftfahrzeug- und Automobilbau, in denen CFK zunehmend an Bedeutung gewinnt. Eine wichtige Voraussetzung für den sicheren Einsatz von CFK liegt in der Überprüfbarkeit des Lagenaufbaus. Der Lagenaufbau wird durch die Orientierung und die lokale Dicke der einzelnen Lagen bestimmt. Informationen über die Lagenorientierung sind z.B. für die Qualitätssicherung von Bedeutung, da schon kleine Abweichungen nennenswerte Festigkeitseinbußen zur Folge haben können. Auf der anderen Seite sind Informationen über die Lagendicke bzw. die Position der Lagenübergänge für eine lagengenaue Bearbeitung des Laminats relevant, z.B. für das lagengenaue Schäften im Rahmen der Reparatur. In der vorliegenden Arbeit wird ein ultraschallbasierter Ansatz zur Lagenaufbau-Analyse vorgestellt. Der Ansatz baut auf der akustischen Abbildung von natürlich vorkommenden Inhomogenitäten im Faser-Matrix-Verbund auf. Als Inhomogenitäten werden in diesem Zusammengang markante Änderungen des Faservolumenanteils im Submillimeterbereich. Bildlich handelt es sich dabei um faserreiche Gebiete, die durch faserarme oder faserlose Gebiete bzw. Harznester voneinander getrennt werden. Derartige Inhomogenitäten haben üblicherweise eine längliche und parallel zu den Fasern gerichtete Ausdehnung. Die Inhomogenitäten sind damit ein indirekter Indikator für die Lagen-Orientierung und können für diese Zwecke instrumentalisiert werden. Zur Bestimmung der Lagendicke dienen in der vorliegenden Arbeit periodische Änderungen des Faservolumenanteils. An den Grenzflächen einer Faserlage ist der Faservolumenanteil vergleichsweise klein, nahe der Lagenmitte dagegen vergleichsweise groß. Über den Querschnitt eines Laminats betrachtet weist der Faservolumenanteil somit einen periodischen Verlauf auf. Im A-Signal wird dieser als periodische Schwingung abgebildet. Wie die vorliegende Arbeit zeigt, ist es mit dem beschriebenen Ansatz möglich, den Lagenaufbau eines Laminats hinsichtlich Lagenorientierung und lokaler Lagendicke zu charakterisieren und damit wichtige Erkenntnisse über die strukturelle Integrität eines CFK Laminats zu gewinnen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-469964.html