Faserverbundwerkstoff-Strukturen

Das Modul "FVW-Strukturen" vermittelt die Grundlagen der Konstruktion und der Berechnung von Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen. Diese Kenntnisse sind von Bedeutung für alle Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen, nicht nur aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik, sondern auch der Automobil- und Windenergietechnik sowie dem allgemeinen Maschinenbau bis hin zu Freizeitprodukten, wie Sportartikel.

Allgemeine Daten zum Modul

Qualifikationsziele

1. Die Studierenden kennen die Einzelkomponenten von Faserverbundwerkstoffen und deren Eigenschaften. Sie wissen, wie diese Werkstoffkomponenten im Verbund zusammenwirken.
2. Die Studierenden verstehen das Verhalten orthotroper und anisotroper Werkstoffe, sie können das Versagen solcher Werkstoffe anhand von verschiedenen Bruch Kriterien beurteilen.
3. Die Studierenden sind in der Lage, die Eigenschaften beliebig aufgebauter Laminate rechnerisch zu ermitteln und deren Eigenschaften im Hinblick auf zu konstruierende Strukturen zu beurteilen.
4. Die Studierenden kennen die Stärken, aber auch die Schwächen des Faserverbundwerkstoffes beim Einsatz in tragenden Strukturen.
5. Die Studierenden wissen, wie Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden können und welche fertigungsabhängigen Eigenschaften beachtet werden müssen.

Inhalt

Die Studierenden erhalten im Modul FVW-Strukturen einführende Kenntnisse über das Verhalten und die Berechnung von Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen (FVW). Schwerpunkt bildet die Einführung in die klassische Laminattheorie sowie anzuwendende Versagenshypothesen. Hinweise zur Analyse von Faserverbundstrukturen mittels analytischer und numerischer (FE-) Methoden sowie zur konstruktiven Gestaltung und zur Herstellung runden das Modul ab. Das Modul FVW-Strukturen gliedert sich in folgende Abschnitte:

• Materialien: Faserwerkstoffe, Matrixwerkstoffe
• Unidirektionalschicht (UD-Schicht): Eigenschaften der UD-Schicht, Werkstoffgesetz der UD-Schicht, Matrixschrumpf und Feuchteaufnahme
• Mehrschichtverbunde (klassische Laminattheorie): Transformation der UD-Schicht, Werkstoffgesetz der geschichteten Platte, Berechnung von Spannungen in den Einzellagen, Schubspannungen infolge Querkraft der geschichteten Platte
• Versagenskriterien: Maximale Spannung, maximale Dehnung, Versagenskriterien von Hoffmann, Tsai-Wu, Puck
• Berechnung von FVW-Strukturen: Auslegung und Optimierung von Laminaten, Stabartige Elemente, 3D-Laminattheorie, Krafteinleitungen (Bolzen, Schlaufen, Klebung)
• Hinweise zur Fertigung
• Informationen zur Streuung von Versuchsdaten, Ermüdung und Schadenstoleranz sowie Nachweisphilosophien von Luftfahrzeugen