Einführung
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist ein Verbundwerkstoff mit einer besonders hohen spezifischen Festigkeit. Er wird in Flugzeugen und einigen Transportmitteln verwendet, um durch Gewichtsreduzierung die Treibstoffkosten zu senken. Während er als Verbundwerkstoff einige hervorragende mechanische Eigenschaften aufweist, zeigt er bei Schäden in der Ebene ein sprödes Versagensverhalten, wobei sich der Bruch sofort von der Schadensstelle ausbreitet. Daher umfasst die Entwicklung von CFK nicht nur Materialtests, sondern auch die Beobachtung des Materialversagens, um die Bruchstellen an Schwachstellen zu ermitteln. Darüber hinaus wird das Materialversagen beobachtet, um die Gültigkeit der computergestützten Konstruktion (CAE) zu bewerten. Wie bereits erwähnt, tritt ein CFK-Bruch extrem schnell auf und kann mit bloßem Auge nicht beobachtet werden, weshalb eine Hochgeschwindigkeits-Videokamera eingesetzt wird. Shimadzu hat in der Vergangenheit eine Application News zu diesem Thema veröffentlicht (Nr. V017 Observing the Failure of CFRP Materials in High-Speed Tensile Tests). Hochgeschwindigkeits-Zugversuche erfordern eine sofortige Prüfzeit. Dazu wird ein Blitzgerät verwendet, das sofort sehr intensives Licht aussenden kann, um eine Bildaufnahmegeschwindigkeit von über 1 Million Bildern pro Sekunde zu erreichen. Bei statischen Prüfungen hingegen werden längere Prüfzeiten mit einer Metallhalogenidlampe als Lichtquelle für die kontinuierliche Beleuchtung verwendet (eine relativ schwache Lichtquelle im Vergleich zu einem Stroboskop), die nicht genug Licht für die Aufnahme von Bildern mit mehr als 500 Tausend Bildern pro Sekunde erzeugen kann. Die neu entwickelte HPV-X2-Kamera ist sechsmal empfindlicher als die frühere HPV-X-Kamera, so dass sie selbst mit einer Halogenmetalldampflampe als Lichtquelle über 1 Million Bilder pro Sekunde aufnehmen kann. In diesem Artikel zeigen wir die Beobachtung des Versagens von unidirektionalem CFK bei statischen Prüfungen.
Messung
Für die Versuche wurden die Präzisions-Universalprüfmaschine AG-Xplus und die Hochgeschwindigkeits-Videokamera HPV-X2 verwendet. Die verwendete Ausrüstung ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Beobachtung des Materialversagens während der Zugprüfung erfordert ein Signal, das die Hochgeschwindigkeits-Videokamera zeitgleich mit dem Materialversagen auslöst. Da sich beim Versagen von unidirektionalem CFK Risse in Richtung der unidirektionalen Fasern ausbreiten, haben wir Aluminiumfolie senkrecht zur Faserrichtung mit Klebstoff befestigt. Ein Probekörper mit aufgeklebter Aluminiumfolie ist in Abb. 1 dargestellt. Eine Unterbrechung der Leitung durch die Aluminiumfolie, die durch einen Bruch im Probekörper verursacht wird, löst die Beobachtung des Versagensereignisses aus. Das Versagen von unidirektionalem CFK ist in Abb. 4 dargestellt. Auf der linken Seite der Probe sind Längsrisse zu erkennen Probekörpers in Bild (2) von Abb. 4. In Bild (3) sind diese Risse bis zur oberen Lasche vorgedrungen. Auch auf der rechten Seite der Probe sind Längsrisse zu erkennen der Probe in Bild (3). Bild (6) ist eine spätere Ansicht der der Probe, wie sie auseinanderbricht. Die Verwendung des HPV-X2 ermöglicht die Beobachtung des CFK-Versagens bei statischen Zugversuchen, was für die zukünftige CFK-Entwicklung Entwicklung.
Ergebnisse
Eine Ansicht des Versuchs ist in Abb. 2 und Abb. 3 zu sehen. Wie in Abb. 3 zu sehen ist, ist an den Vorrichtungen um die Probe herum auch Aluminiumfolie angebracht, um das Licht auf die Probe zu fokussieren. Die Prüfbedingungen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
English 
German 
Czech 
Slovak 
Bulgarian 
Romanian 