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DFG Verbundprojekt: Impactbeanspruchte Faserverbundstrukturen

Ziel des von der DFG geförderten Projektes „Impactbeanspruchte Faserverbund­strukturen“ war die Erforschung der beim Impactvorgang entstehenden Wellen und deren Ausbreitungsverhalten in der Struktur. Vor allem Bauteile aus Kohlenstoff­faserverstärktem Kunststoff (CFK) mit duroplastischer Matrix verfügen über relativ schlechte Impacteigenschaften. Impacts an CFK führen zu internen Strukturschäden wie Delaminationen und Querrissen, die von außen nicht sichtbar sind. Die Detektion solcher Schäden ist aufwendig und kostspielig, so dass ein Impactidentifikations­verfahren die Wartung von CFK-Strukturen deutlich erleichtern würde.

Am FIBRE wurde hierzu ein Verfahren zur Lokalisierung von Impacts und Be­stimmung der Stoßkraftverläufe entwickelt. Ein Schwerpunkt dieser grundlagen­orientierten Arbeiten lag in der Untersuchung des Wellenausbreitungsverhaltens und Messmethoden der beim Impact auftretenden Platten- bzw. Lambwellen. Experimentell wurden hierzu Impacts mit einem speziellen Hammer auf CFK-Platten aufgebracht, der den Stoßkraftverlauf als Maßstab für die Belastung aufzeichnet.

Entgegen der ursprünglichen Planung eines auf Finite Elemente Methoden (FEM) basierten Verfahrens zur Simulation des Wellenausbreitungsverhaltens wurde zur vollständigen Beschreibung des Verhaltens in einem viskoelastischen Werkstoff ein semianalytisches Modell auf Basis einer Plattentheorie höherer Ordnung entwickelt und erfolgreich angewendet. Die Implementierung des Modells wurde in der Software Matlab umgesetzt.

Zusätzlich wurde ein Funktionsprinzip zur Bestimmung der Materialkennwerte von unidirektionalen Faserverbundwerkstoffen mittels Lambwellen entdeckt und zum Patent angemeldet. Das Verfahren ist in-situ fähig. Eine Weiterentwicklung ist im Rahmen aktueller Forschungsanträge vorgesehen. Dieses Funktionsprinzip wie auch die Impactidentifikation lassen sich als Teil eines Structural Health Monitoring (SHM) Systems einsetzen.


 
 
Projektpartner:
  • BIK Bremen, Bremer Institut für Konstruktionstechnik
  • BIAS Bremen, Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik
Veröffentlichungen:

[1] Calomfirescu, M., König, C., Müller, J.: Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien für impacttolerante Faserverbundstrukturen, 8. AVK-TV Tagung, Baden-Baden, Sept. 2005

[2] Calomfirescu, M., König, C., Müller, J.: Generation of design rules for impact tolerant reinforced structures, International Conference of Aerospace Sciences "Aerospatial 2005", Bucharest, Okt. 2005

[3] Calomfirescu, M., Herrmann, A.S., König, C., Müller, J.: Numerische und experimentelle Untersuchung der Wellenausbreitung in Faserverbundstrukturen, Materialprüfung, erscheint voraussichtlich März 2006

[4] Calomfirescu, M., Herrmann, A. S., König, C., Müller, J.: Investigation on Wave Propagation in Composites as Requirement for Impact detection, Proc. of 25th International Congress of the Aeronautical Sciences, Hamburg, September 2006.

[5] Calomfirescu, M., Herrmann, A.S.: Theoretical and experimental studies of Lamb wave propagation in attenuative composites, Proc. of SPIE, San Diego, March 2007.

[6] Calomfirescu, M., Herrmann, A.S.: Propagation of Lamb Waves in viscoelastic Composites for Impact Monitoring Applications, Prof. of SAMPE Europe, Paris, March 2007.

[7] Calomfirescu, M., Herrmann, A. S.: On the propagation of Lamb Waves in viscoelastic composites for SHM applications, Key Engineering Materials, Vol. 347, pp. 543-548, 2007.

[8] Calomfirescu, M., Herrmann, A. S.: Attenuation of Lamb Waves in Composites: Models and possible Applications, Proc. of 6th International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, September 2007.

Ansprechpartner am FIBRE:
Dipl.-Ing. Tim B. Block
Tel.: +49 (0)421 – 218 9339
E-Mail: Block [at] faserinstitut.de
 
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