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Energiefreisetzungsraten G

Bei der Charakterisierung von Faserverbundwerkstoffen spielen die Energiefreisetzungsraten als bruchmechanische Kennwerte eine herausragende Rolle.

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  • Branchenbrosch├╝re: Composites PDF 7 MB

Ziel der Pr├╝fung

Diese Kennwerte liefern die rissfl├Ąchenbezogene Energie, die bei einem definierten Probek├Ârper aufgewendet werden muss, um einen Riss voranzutreiben. Das Ergebnis ist damit ein Wert, der die Rissausbreitungsempfindlichkeit eines Laminats beschreibt.

Bei der Messung wird nach der Art der Beanspruchung unterschieden.

  • Mode I: Riss├Âffnung
  • Mode II: Schubbeanspruchung l├Ąngs der Laminatebene
  • Mode II Verdrehbeanspruchung quer zur Laminatebene

Die Messung von Energiefreisetzungsraten in Mode I wird am h├Ąufigsten angewandt und ist u.A. in den Normenreihen von ISO, ASTM und EN beschrieben. F├╝r Mode III existiert derzeit keine Normung.

In der ASTM ist zudem ein Mixed-Mode Verfahren beschrieben, das eine Kombination von Mode I und Mode II Beanspruchung mit variierbaren Anteilen erm├Âglicht.

Mode I Messung im DCB-Pr├╝faufbau

  • Mode I Energiefreisetzungsraten werden ├╝blicherweise mit dem DCB (Double Cantilever Beam) Probek├Ârper durchgef├╝hrt.
  • Dieser Probek├Ârper verf├╝gt ├╝ber einen Anriss in der Laminatebene, der z.B. durch eine beim Laminieren eingelegte Kunststofffolie erzeugt wurde.
  • Die Beanspruchung kann ├╝ber aufgeklebte Loading-Blocks, ├╝ber Scharniere oder ├╝ber spezielle Aufnahmen die in den Rissspalt eingeklemmt werden aufgebracht werden.
  • W├Ąhrend der Pr├╝fung wird die Riss├Âffnung dabei als Traversenweg gemessen und um den Betrag der Verformung der Probek├Ârperschenkel korrigiert. Aus dem Integral der gemessenen Kraft ├╝ber die Verformung wird die eingesetzte Energie berechnet. Das Risswachstum wird visuell an der Seite des Probek├Ârpers verfolgt.
  • Die Auswertung der Rissl├Ąnge kann manuell durch einen Bediener erfolgen, der mit einem Vergr├Â├čerungsglas auf die markierte Seitenfl├Ąche des Probek├Ârpers schaut. Um eine bessere R├╝ck-verfolgbarkeit der Messung zu erzielen, werden digitale Lupen verwendet, die nach Rissfortschritt entlang dem Probek├Ârper mitgef├╝hrt werden und w├Ąhrend der Messung einen Film aufzeichnen.
  • Dieser Film wird Frame-f├╝r-Frame mit der Messwertkurve synchronisiert. So kann die Pr├╝fung im Zweifelsfall nachtr├Ąglich ├╝berpr├╝ft und auch korrigiert werden.
  • Die Pr├╝fabl├Ąufe und Ergebnisauswertungen unterscheiden sich je nach Normanwendung.
  • Normen sind: ISO 15024, ASTM D 5528, AITM 1-0005, AITM 1-0053, Boeing BSS 7273, CRAG method 600, NASA method RP 1092 ST-5, ESIS TC 4, prEN 6033 (zur├╝ckgezogen) 

Mode II ÔÇô Messung im SENB / ENF Pr├╝faufbau

Mode II Beanspruchungen k├Ânnen sowohl im Biegeversuch, als auch in Zug- und Druckversuch mit gekerbten Probek├Ârpern erzeugt und gemessen werden.

Die Messung der Mode II Energiefreisetzungsrate ist als Biegeversuch genormt. Hier werden die im Biege-versuch auftretenden Schubspannungen genutzt um den Riss voranzutreiben. Die Probek├Ârper werden mit SENB (Single End Notch Bending) bezeichnet, aber auch ENF (End Notch flexure) ist ein gebr├Ąuchlicher Term. Die Durchbiegungsmessung erfolgt ├╝ber den Traversenweg (mit Steifigkeitskorrektur), oder mittels eines Wegaufnehmers, der mittig angesetzt wird.

Der Rissinitiierungspunkt ist durch ein Kraftmaximum charakterisiert. Am Ende der Messung wird der Probek├Ârper in Fl├╝ssigstickstoff gek├╝hlt und dann vollst├Ąndig gebrochen um die Bruchfl├Ąchen zu vermessen.

Mixed Mode Bending (MMB)

ÔÇ×Mixed ModeÔÇť Biegung kann an unidirektionalen Laminaten gemessen werden. Kombiniert werden dabei Mode I und Mode II, wobei die Position des Krafteinleitungsb├╝gels die jeweilige Mode I und Mode II Anteile bestimmt.

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