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FVK_ (Subject) / FVK-1Einführung (Lesson)

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• Was sind Verbundwerkstoffe? "maßgeschneiderte" Werkstoffe die aus Kombination mehrerer unterschiedlicher Werkstoffe basieren
• Was ist das besondere an Verbundwerkstoffen? Eigenschaften, die einzeln nicht erreichbar sind, können in Verbund erreicht werden
• Woraus bestehen Faserverbundwerkstoffe? - Faser, die in eine - Matrix eingebettet ist
• Wonach werden Faserverbundwerkstoffe klassifiziert? - Matrix (Polymer, Metall, Keramik, Glas) - Fasermaterial (Glas, Kohle, Aramid) - Faserlänge (Kurz, Lang, Endlos) - Anordnung d. Fasern / Art Verstärkungsstruktur (ungerichtet/wirr, Roving (parallel) Gewebe, Gelege, Geflechte)
• Was sind die Aufgaben einer Matrix? - Fixierung Fasern (in best. Anordnung; Abstand zwischeneinander - Kontaktbeschädigung) - Übertragung Kräfte auf Fasern - Schutz Fasern vor Umgebungseinflüsse - Gewährleistung Verformbarkeit, Energieaufnahme - Bestimmt Lackierbarkeit, Chemikalbeständigkeit, elektr Eigenschaften, Schrumpfung
• Wonach wird bei polymeren Matrixsystemen unterschieden & was bedeuten diese? - Duromere Matrices (- nach Aushärtung nicht mehr verformbar) - Plastomere Matrices (Thermoplasten/ - unter Temp verformbar)
• Nenne Anforderungen an Konstrukteure beim Ersetzen von metallischen Werkstoffen durch Verbundwerkstoffen Hauptgrund ist Werkstoffeigenschaften unterschiedlich - Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) - Festigkeits/Steifigkeits/Temp/Verfestverhalten - Verhalten dyn belastung
• Wie wirkt die Festigkeit & Steifigkeit bei Auslegung von tragenden Strukturen aus? Wie wird gelöst? - Festigkeitsprobleme lokal               - kann lokal Verstärken - Steifigkeitsprobleme global               - muss komplett neu konstruieren
• Kohlefaser und Glasfaser ungefährer Preis pro Kg C-Faser: 13,5 Eur Glas: 2 Eur
• Fertigung mit Karbon: wie hoch Unterschied Preis / Kg im Vergleich zu Stahl? Wodurch Großteil der Kosten verursacht? CFK 100Eur/Kg  Stahl 2-5Eur/Kg - 80 % sind Fertigungskosten
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• Wieviel % an Gewichtseinsparung kann man bei Stahl-Bauteilen machen, wenn man Aluminium oder CFK verwendet? bei Aluminium 30 % bei CFK bis zu 50 %
• Welche Werkstoffe (Aufbau) werden als Leichtbaustrukturen verwendet? - Monolithisch (aus einem Stück) - Sandwichmaterialien (Kern mit geringer Dichte, Mechanisch sehr gute Deckschicht)
• Was für Aufgaben übernehmen die Faser? Was für Anforderungen müssen diese daher erfüllen? Wichtigste Faserarten? Aufgabe: mechanische Eigenschaften (Zug-, Biegefestigkeit, Steifigkeit) Anforderungen: - dicht gepackter atomarer Bereich mit starken Bindungen (kovalent) - Minimierung Fehlstellen wichtigste: - Glas, Kohlenstoff, Aramid
• Festigkeit von Fasern (abh. von Richtung)? - Abhängigkeit von Durchmesser? - Abh. von Einspannlänge? in Faserrichtung hat vielfach höhere Festigkeit als selber Werkstoff in anderer Form (zb Klotz) - Je dünner Faser, desto höher Festigkeit - Je kleiner Einspannlänge, desto höher Festigkeit
• Warum ist die tatsächliche Festigkeit eines Werkstoffs sehr viel niedriger als seine theoretisch berechnete? - Risse z.B. an Glasoberflächen an denen Spannungen konzentrieren - Versetzungen in metallischen Gittern, die bereits bei geringeren Spannungen gleiten
• Nenne Zusammenhänge zwischen Faserform und Festigkeit - Festigkeit höher, wenn Faserlänge kürzer - Fehlstellenwahrscheinlichkeit bei kleinen Durchmessern niedriger, deshalb Festigkeit bei dünneren Fasern höher
• Was bewirkt die Einbettung der Faser in die Matrix? Der Grund hierfür? - Erhöhung Festigkeit, indem freie Faserlänge verlängert - Bei Bruch verliert nicht komplette Tragfähigkeit, übergibt durch Schubspannung an Matrix und diese dann an andere Fasern
• Wie wirken sich Querverbindungen bei Fasern aus? - je kürzer Abstand zwischen zwei Querverbindungen (entspricht Einspannlänge), desto geringer Versagenswahrscheinlichkeit
• Was bewirkt die EInbettung der Fasern in eine Matrix? Einspannlänge wird quasi auf null reduziert, Wahrscheinlichkeit des Versagens wird so ebenfalls reduziert
• Was für einen Extremfall kann man bei der Anisotropie eines Verbunds erhalten? Wie entgegnen? - kann sein dass senkrecht zur Faserrichtung nur 1-2% der Festigkeit in Faserrichtung - deshalb immer in Hauptbelastungsrichtung Fasern auslegen und unterschiedliche Faserlagen vorsehen
• Definiton Festigkeit Widerstand gegen plastische Verformung oder Trennung (z.B. Flügel biegt und bricht durch)
• Definition Steifigkeit Widerstand gegen elastische Verformung (zb Flügel biegt komplett durch, dass fast berührt)
• Warum bezüglich Berechnung und Auslegung von Verbundwerkstoffen höhere Anforderungen? Berechnung: bei isotropen Werkstoffen nur zwei elastische Module zur Beschreibung, bei anisotropen braucht bis zu 21 elastische Koeffizienten Auslegung: bei Verbund muss nicht nur das Bauteil selbst sondern auch der Verbund/Werkstoff mit konstruiert werden
• Vorteile von Faserverbund? - Hohe gewichtsspez Festig- & Steifigkeit, Energieaufnahme - exzelentes Ermüdungsverhalten / Korros/Alterung - hohe Dämpfung - einbetten weiterer Stoffkomponenten möglich
• Nachteile von Faserverbunden - Kosten - nahezu keine plast. Verformbarkeit, katastrph Versagen möglich - Anisotorpische Materialverhalten - Spez. Know-How für Auslegung nötig - Fehlererkennung / Reparatur / Recycling aufwändig

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