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Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen (Subject) / Kenn- und Grundelastizitätsgrößen (Lesson)
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- Wie ist der Faservolumenanteil definiert, mit welchem Zeichen wird er abgekürzt? - prozentualer Volumenanteil an Fasern gegenüber Matrix- φ = Vf/Vc
- Wie ist der Fasermassenanteil definiert, mit welchem Zeichen wird er abgekürzt? - prozentualer Massenanteil an Fasern gegenüber Matrix- ψ=mf/mc
- Warum ist der Fasergewichtsanteil immer größer als der Faservolumenanteil? Da die Dichte der Matrix immer geringer ist als die Faserdichte
- Was ist gemeint mit dem Begriff „Flächengewicht“ bei einem Gewebe und bei einem Laminat? Das Gewicht pro Quadratmeter, bei gegebener Dicke des Laminats / Gewebes
- Nennen Sie sieben Grundelastizitätsgrößen für eine UD-Schicht. Welche von den sieben Grundelastizitätsgrößen werden benötigt zur eindeutigen Beschreibung der Elastizitätseigenschaften? - Längs-Elastizitätsmodul Ell- Quer-Elastizitätsmodul E⊥- Quer-Längs-Schubmodul G⊥ll- (Quer-Quer-Schubmodul G⊥⊥) ergibt sich aus transversaler Isotropie Nur zwei Erforderlich: - Querkontraktionszahl ν⊥ll- Querkontraktionszahl νll⊥- Querkontraktionszahl ν⊥⊥
- Welche drei „out of plane constants“ sind identisch mit welchen drei „in plane constants“ bei den Ingenieurkonstanten eines UD-Geleges? - E_2 = E_3- G_12 = G_13- nu_12 = nu_13
- Bei der Bestimmung des E-Moduls einer UD-Schicht in Faserrichtung wird die Mischungsregel angewendet. Wie groß wird danach angenähert der E-Modul der Schicht in Faserrichtung für: Ef = 230 kN/mm² und Em = 3400 N/mm² bei einem Faservolumenanteil von 50 %? Mischungsregel besagt: Ell=Efll⋅φ +Em (1-φ) Also: E = 230 ⋅ 50% + 3,4 ⋅ 50% = 116,7 kN/mm²
- Wie groß wird entsprechend angenähert der E-Modul eines Kreuzverbundes in Laminatebene in der 0° bzw. 90° Richtung? E~ (φ/2 ⋅ Ef + (1-φ/2) ⋅ Em) "ensprechen der UD-Schicht" (90°-Richtung trägt nicht)
- Wenn ein Laminat doppelt so dick ausgeführt wird, wie viel größer werden dann folgende Größen? - Biegesteifigkeit - Längssteifigkeit Biegesteifigkeit - 4x so hoch durch Flächenwiderstandsmoment trägheitsmoment ( = E * I) Längssteifigkeit - doppelt so hoch ( = E * A)
- Wieviel größer kann die Belastung eines Laminates werden, wenn es dreimal so dick gefertigt wird? Biegebelastung Zugbelastung Biegebelastung - 9 x so hochZugbelastung - 3 x so hoch
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- Wie ist der Matrixvolumen- und der Matrixmassenanteil definiert? • (relativer) Matrixvolumenanteil 1–φ mit φ=Vf/Vc =Faservolumenanteil • (relativer) Matrixmassenanteil 1–ψ mit ψ=mf/mc =Fasermassenanteil Indizees: f= *der Fasern im Verbundc= *des Composites/Verbundes
- Erklären Sie den Unterschied zwischen einer physikalischen und einer mathematischen Indizierung. • physikalische – stammt aus dem Holzbau – nur in Deutschland üblich – bei Festigkeitsanalyse nicht immer eindeutig• mathematische – weltweit mit Koordinatenrichtung der UD-Schicht – besser geeignet für Rechnerprogrammierung – eindeutig
- Wie lautet die Formel nach der Mischungsregel zu Berechnung des E-Moduls in Längsrichtung der Fasern einer UD-Schicht? EII= EfII·φ + Em·(1-φ)
- Wieso ist der Quer-Quer Schubmodul eine abhängige Größe? Wegen transversalerIsotropie der UD-Schicht gilt: G⊥⊥=E⊥ / 2·(1+ ν⊥⊥) → Quer-Quer-Schubmodul ist also abhängig vom Quer-E-Modul und der Quer-Quer-Querkontraktionszahl
- Welche drei Zusammenhänge (mit Formel) werden benötigt, um eine Formel für den E-Modul einer UD-Schicht in Längsrichtung der Fasern aufstellen zu können? Kräftegleichgewicht FII=Ff+Fm σII ·AVerb = σf ·Af + σm ·Am Kinematische Beziehung εII=εf=εm Elastizitätsgesetz σ =E ·ε ( σf =EfII ·εf σm =Em ·εm )
- Was bedeutet der Begriff transversale Isotropie bei einer UD-Schicht? 1. Es gibt eine Vorzugsrichtung, die 1-Richtung im Bild, in der das Kraft-Verformungs-Verhalten des Materials anders ist als senkrecht dazu. 2. Senkrecht zur Vorzugsrichtung, in 2- und 3-Richtung, sind die Materialeigenschaften unabhängig von der Richtung (isotrope Ebene) und 3. in einem Bezugssystem parallel zur Vorzugsrichtung gibt es keine Kopplung zwischen Normaldehnungen und Schubverzerrungen. In Ebenen, die nicht senkrecht zur Vorzugsrichtung sind, ist das Kraft-Verformungs-Verhalten des Materials richtungsabhängig.