Dozentin: Prof. Dr. Christina Völlmecke
letztes Bearbeitungsdatum: 13.09.2016
Erstellt mit der freundlichen Mitarbeit von Franziska Eichner und Sandy Pradel. Überarbeitet von Robert Fankhänel.
Dieses Material wird bereitgestellt von der TU Berlin und dient der Unterstützung des Moduls „Mechanik der Faserverbundwerkstoffe".
Faserverbundwerkstoffe bestehen aus mindestens zwei Komponenten, einer bettenden Matrix sowie den verstärkenden Fasern. Durch die Komposition dieser unterschiedlichen Werkstoffe ergeben sich höherwertige Werkstückeigenschaften.
Zum besseren Verständnis der mechanischen Eigenschaften des Komposites wird das Material hier in drei Skalenebenen betrachtet (siehe nachfolgende Abbildung). In der Skalenebene 1 (Mikro) werden die beiden Komponenten (Faser und Matrix) getrennt betrachtet. Durch den idealisierten Zusammenschluss von Faser und Matrix (Homogenisierung) können effektive Werkstoffkonstanten in einer Einzelschicht (ES) bestimmt werden (siehe Abbildung: Skalenebene 2). Werden die Einzelschichten zu einem Mehrschichtverbund (MSV) zusammengefasst, betrachten wir die Skalenebene 3 (Makro).
Die folgenden Unterlagen beschreiben die Bestimmung der Materialkenndaten mit Hilfe des bottom-up-, sowie des top-down-Ansatzes. Mit dem bottom-up Ansatz startet die Herleitung in Skalenebene 1 und endet in Skalenebene 3. Grundsatz ist dabei zunächst eine Homogenisierung von Faser und Matrix. Dies ist der Übergang von der ersten auf die zweite Skalenebene. In der Skalenebene 2 werden daraufhin effektive Werkstoffkenndaten für eine unidirektionale Einzelschicht bestimmt. Diese Einzelschichten werden in der Skalenebene 3 nach der klassischen Laminattheorie zu einem Mehrschichtverbund zusammengefasst. Sollen in einem bestehenden Mehrschichtverbund lokale Versagenmechanismen untersucht werden wird der top-down Ansatz gewählt. Hierbei wird von der Skalenebene 3 auf die Skalenebene 1 zurückgerechnet.
