Bruchverhalten von hoch belasteten CFK-Schaum-Sandwichstrukturen

Um das Verformungs- und Versagensverhalten des CFK-Schaumkern-Sandwichverbunds zu untersuchen, wurden 4-Punkt-Biegetests in Anlehnung an die Normen ASTM C 393 durchgeführt. Die Standardmesssensorik für Verschiebung und Kraft wurde durch das GWK-Messsystem ARAMIS ergänzt, um großflächig den lokalen Deformationszustand im Schaum und den Dehnungszustand der Deckhaut aufzulösen. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode und analytischen Lösungen ist die Versuchsdurchführung rechnerisch nachvollzogen worden. Die Ergebnisse wurden verglichen und bewertet. Das Verformungsverhalten der Proben konnte mit den analytischen und den numerischen Rechnungen gut beschrieben werden. Das Versagensverhalten des Sandwichverbundes kann durch eine einfache Überlagerung der Materialeigenschaften der Einzelkomponenten jedoch nicht ausreichend genau beschrieben werden. Bei der Fertigung entstehen mechanische Spannungen im Sandwichverbund insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungseigenschaften von Schaum und CFK, die nach dem Aushärten des Harzes als permanente Eigenspannungen wirksam werden. Durch mechanische Bruchversuche und begleitende numerische Berechnungen konnte gezeigt werden, dass die Schadensvorhersage bei Berücksichtigung von Temperatureigenspannungen weiter verbessert werden kann.