ISBN 9783843957397

978-3-8439-5739-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Jörg Gregor Diez
Untersuchung des mechanischen Einflusses der Morphologie von Klebschichten kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe im Mikrometermaßstab

129 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2026), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Faserverbundwerkstoffe (FVW) werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht im strukturellen Leichtbau eingesetzt. Das strukturelle Kleben bietet dabei Vorteile gegenüber konventionellen Fügeverfahren, insbesondere durch flächige Kraftübertragung und die materialgerechte Verbindung dünnwandiger CFK-Strukturen. Die Anwendung wird jedoch durch fehlende zerstörungsfreie Prüfmethoden und die begrenzte Vorhersagbarkeit von Schädigungsverhalten und Lebensdauer eingeschränkt. Ein Zusammenhang zwischen der Oberflächenmorphologie von CFK-Fügeteilen und der Lebensdauer von Klebungen ist bekannt, kann jedoch mit konventionellen Methoden nur makroskopisch erfasst werden.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur Untersuchung mechanischer Effekte in CFK-Klebungen im Mikro- und Nanometermaßstab. Hierzu wird die in situ-Prüfung im Rasterelektronenmikroskop (REM) mit digitaler Bildkorrelation (DIC) kombiniert, um Dehnungsverteilungen und Schädigungsprozesse in der Klebschicht unter Schubbelastung hochaufgelöst zu erfassen. Dies umfasst die Herstellung miniaturisierter ENF-Probekörper sowie die Erzeugung geeigneter Oberflächenmuster mittels Niederdruckplasma.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Morphologie der Fügeteiloberfläche die Dehnungsverteilung und das Schädigungsverhalten maßgeblich beeinflusst. Harzansammlungen führen zu lokalen Schubverzerrungsmaxima, können jedoch zugleich lokal stützend wirken und das Risswachstum hemmen. Zudem beeinflussen Füllstoffe die Schädigungsmechanismen sowie die Bruchspannungen und -dehnungen.

Ergänzende makro- und mikroskopische Finite-Elemente-Simulationen, validiert anhand von DIC-Daten, ermöglichen die Identifikation geometrischer Parameter, die zu reduzierten Schubverzerrungen und damit zu einer potenziell erhöhten Lebensdauer der Klebung beitragen.