Verbundwerkstoffe (Fach) / Kap.2 Grundlagen (Lektion)

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  • Aufgaben der Matrix > Fixirung der (geom.) Lage der Fasern > Übertragung der Kräfte auf die Fasern > Stützen der Fasern bei Druckbelastung > Schutz der Fasern vor Umgebungseinflüssen
  • Auswirkung der Additivform (Morphologie) > Platten- oder Faserform; günstigste Oberfl./Vol.-Verhältnisse > Fasern sind dabei noch besser als Platten
  • Faserparadoxa Paradoxon des/der 1) festen Werkstoffes: wahre Festigkeit ist sehr viel geringer als die Theoretische (Werkst'fehler) 2) Faserform: je dünner die Faser, desto höher die Festigkeit 3) Einspannlänge (Faserlänge): je kürzer die Einspannlänge, desto höher die Festigkeit 4) Verbundwerkstoffe: kann höhere Spannungen als die schwächere Komponente aufnehmen und die stärkere Komponente erreicht einen höheren Anteil der theoretischen Festigkeit
  • Bedingungen für die Verstärkungswirkung > Festigkeit: σ_fB > σ_mB > Steifigkeit: E_f > E_m > Bruchdehnung: ε_m >= ε_f
  • Richtungsabhängiger E-Modul Der E-Modul ist bei Zug in Faserlängsrichtung (Parallelschaltung von F. u. M.; gleiche Dehnung) höher als bei Zug senkrecht zur Faserlängsrichtung (Reihenschaltung von F. u. M.; gleiche Spannung)
  • Druckeigenschaften von Verbundwerkstoffen Steifigkeit (E-Modul):                                                                                                                        > Steifigkeitswerte sind faserdominant                                                                                            > für den E-Modul gilt die Mischungsregel                                                                                      > E_m << E_f --> E_c ist abhängig vom Faservolumenanteil und E_f Stützwirkung der Matrix: schnelleres Versagen von duktileren Matrixsystemen als bei spröderen, elastischeren
  • Längen-zu-Dicke-Verhältnis bezügl. Druckeigenschaften C: große Faserlänge -> leichtes abknicken B: max. Druck-Bruchspannung mit kleineren L/D-Verhältnissen A: sinkende Festigkeit wegen Einspanneffekten bei noch kleineren L/D-Verhältnissen
  • Was ist bei Kurzfaser-Verstärkung zu beachten? Da ε_f << ε_m ist, treten an den Faserenden Schubspannungen auf die höher sind als die Grenzflächenschubfestigkeit. > l_krit umso kleiner, je größer die Grenzflächenschubfestigkeit

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