Modellierung von Schädigungsmechanismen von kurzfaserver-stärkten Polymeren mit Hilfe von Computertomografie

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Modellierung von Fasern in kurzfaserverstärkten Polymeren mittels Röntgen-Computertomografie (XCT). Die Berücksichtigung des im Bauteil vorliegenden Fasernetzwerks ist wichtig, um exakte Festigkeitsberechnungen durchführen zu können. Innerhalb des XCT Geräts wurde eine Zugversuchseinrichtung platziert, mit der die Proben bei unterschiedlichen Lastniveaus geprüft wurden. Zwischen den Lasterhöhungen wurden XCT Scans durchgeführt, um die aktuelle Schädigung der Fasern zu bestimmen. Aus den XCT Daten der Fasern wurden repräsentative Volumenelemente (RVE) erstellt, in denen jede Faser als Zylinder modelliert wurde. Schädigungsmechanismen wie Faserbruch, Faserauszug und Querablösung wurden als Hauptmechanismen identifiziert und über die Einbindung der Faserdaten in die RVEs berücksichtigt. Berechnungen der Spannungen einzelner Fasern zeigen hohe Werte bei langen Fasern in Zugrichtung. Die Matrix rund um die Fasern zeigt sehr inhomogene Spannungsverläufe mit Spannungsüberhöhungen an den Faserenden.