Schlüsselwort: Faserverbundkuststoffe

Festigkeitskriterien sind ein zentrales Werkzeug für unzählige Ingenieure. Täglich werden sie genutzt – so selbstverständlich wie die Naturgesetze der Physik. Doch woher kommen diese Kriterien, wer hat sie erfunden, wofür darf man sie anwenden und wo stoßen sie an Grenzen? Die bekannten Eigenschaften der wichtigsten technischen Werkstoffgruppen bilden die Basis zur Formulierung der entsprechenden Festigkeitskriterien. Dieses Rüstzeug ist hier in allgemeinverständlicher Weise zusammengestellt. Darauf aufbauend folgt eine chronologische Beschreibung über die Entwicklung der heute zentralen Festigkeitskriterien (Tresca, von Mises, Mohr, Tsai-Wu, Puck). Bewusst wird das Thema in allgemein verständlicher Weise vorgestellt. Einfache Darstellungen und anschauliche Beschreibungen wurden dazu in den Vordergrund gestellt. Anschließend wird herausgearbeitet wodurch sich heute die wichtigsten Festigkeitskriterien für Faserverbundkunststoffe (FVK) voneinander unterscheiden – und warum dem so ist. Die Arbeit will hierdurch dazu ermutigen, die heute existierende Fülle an Festigkeitskriterien zu überwinden. Ziel muss es sein, dass auch bei Faserverbundkunststoffen eine einheitliche Lehrmeinung erreicht wird, um die Anwendung dieser Werkstoffe nachhaltig zu fördern. Im zweiten Teil der Arbeit werden umfassende experimentelle Ergebnisse für die zwei kohlenstofffaserverstärkten, thermoplastischen FVK CF-PEEK und CF-PA12 vorgestellt. Es wird dargestellt, wie die fünf Basisfestigkeiten für unidirektionale Einzelschichten am einfachsten bestimmt werden können. Zusätzlich werden auch Bruchwinkel und Festigkeitsgrenzen bei kombinierten Beanspruchungen ermittelt. Wer selber mit experimentellen Arbeiten vertraut ist, soll durch die Darstellung der diversen Optimierungsschleifen bei den Versuchsaufbauten und den ausführlichen Analysen hier Anregungen für eigene Arbeiten finden. Basierend auf den vorgestellten Ergebnissen kann das Festigkeitskriterium nach Puck besonders empfohlen werden. Die Ergebnisse sind unmittelbar anwendbar, alle Kennwerte und Vorgehensweisen sind übersichtlich zusammengefasst. Die allgemeingültig erarbeiteten, theoretischen Begründungen ermöglichen zugleich die Ausweitung der hier getroffenen Empfehlung auf die Gruppe der duroplastischen FVK – wo der Nutzen dieser Arbeit umso größer sein dürfte.