Das Flechtverfahren zur Herstellung endkonturnaher Preforms weist aus fertigungstechnischer Sicht verschiedene Vorteile auf, mithilfe derer sich die Produktionskosten von Strukturbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen gegenüber anderen Herstellprozessen unter Umständen reduzieren lassen. Für eine industrielle Bauteilanwendung von Geflechten im Nutzfahrzeug, dessen Dimensionierung im Wesentlichen von der Betriebsfestigkeit abhängt, soll daher das Ermüdungsverhalten von Triaxialgeflechten untersucht werden, da der aktuelle Wissensstand nicht ausreichend ist und erweitert werden muss. Für die Untersuchungen stehen zwei Triaxialgeflechte aus Kohlenstofffaser und Epoxidharzmatrix mit einem Flechtwinkel von 45° zur Verfügung, die sich in Geomtrie und Garnfeinheit unterscheiden. Neben Rohrprüfkörpern bestehend aus 12 k Rovings für Steh- und Flechtfaden, werden auch Flachprüfkörper mit 24 k Rovings verwendet. Werkstoffanalysen zeigen, dass beide Triaxialgeflechte vergleichbare relative Faservolumengehalte und Packungsdichten besitzen, die Faserwelligkeiten in Steh- und Flechtfaden hingegen Unterschiede aufweisen. Zunächst werden quasi-statische Prüfungen unter Zug-, Druck- und Schub- bzw. Torsionbelastung durchgeführt, um sowohl Steifigkeiten und Festigkeiten zu ermitteln, als auch die auftretende Schädigung zu untersuchen. Es zeigt sich insbesondere, dass beide Geflechte einen vergleichbaren Zug- und Druck-Elastizitätsmodul aufweisen, die Schubsteifigkeit der Rohrprüfkörper jedoch aufgrund hoher Flechtfadenwelligkeiten deutlich geringer ist. Die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens wird bei zugschwellender, wechselnder und druckschwellender Belastung durchgeführt, um einen breiten Bereich des Haigh-Diagramms abzudecken. In Abhängigkeit des Spannungsverhältnisses treten verschiedene Schädigungsphänomene auf, deren Einfluss auf die Degradation von Steifigkeit und Festigkeit bei der Lebensdauerabschätzung berücksichtigt werden muss. Unter zugschwellender Beanspruchung kann die Entstehung von Zwischenfaserbrüchen und Delaminationen zu einer beträchtlichen Steifigkeitsdegradation von teilweise über 40% führen. Großflächige Ablösungen ermöglichen zudem die Streckung welliger Stehfäden, wodurch progressives Spannungs-Dehnungsverhalten beobachtet werden kann. Dem entgegen treten unter druckschwellender Belastung Schub-Knickbänder im Stehfaden auf, die anschließend lokale Delaminationen zur Folge haben. Hierdurch ergibt sich im Mittel nur eine vergleichsweise geringe Steifigkeitsreduktionen von maximal 5%. Ähnliches Verhalten zeigt auch wechselnde Belastung, wobei in diesem Fall vereinzelt auch Zwischenfaserbrüche im Flechtfaden beobachtet werden können. Ausgehend von diesen Untersuchungen wird ein Haigh-Diagramm entwickelt, dass die Ermüdungsschädigung begrenzt und somit strukturelle Integrität gewährleistet. So ergibt sich für den zugschwellenden Bereich eine höchstzulässige Steifigkeitsdegradation von 2,5%, um auch die Abnahme des Schubmoduls zu begrenzen, wohingegen unter druckschwellender Belastung Bruch als Versagenskriterium zulässig ist. Um zusätzlich die unter Schwingbeanspruchung entstehende Änderung aller Elastizitätskonstanten einer Triaxialgeflecht-Schicht abschätzen zu können, wird ein in der Literatur verfügbares Einheitszellenmodell erweitert und mit einer Degradationsformulierung kombiniert. Dadurch wird ein Ansatz aufgezeigt, der es ermöglicht, alle in-plane Elastizitätsgrundgrößen in Abhängigkeit von Spannungsverhältnis, Spannungsamplitude und Schwingspielzahl darzustellen.    «

Das Flechtverfahren zur Herstellung endkonturnaher Preforms weist aus fertigungstechnischer Sicht verschiedene Vorteile auf, mithilfe derer sich die Produktionskosten von Strukturbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen gegenüber anderen Herstellprozessen unter Umständen reduzieren lassen. Für eine industrielle Bauteilanwendung von Geflechten im Nutzfahrzeug, dessen Dimensionierung im Wesentlichen von der Betriebsfestigkeit abhängt, soll daher das Ermüdungsverhalten von Triaxialgeflechten unt...    »