On the Characterization and Modeling of Interfaces in Fiber Reinforced Polymer Structures

Faserverstarkte Kunststoffe bieten insbesondere mit kontinuierlicher Faserverstarkung ein enormes Potential, um leichte und gleichzeitig steife und feste Strukturen zu erzeugen, weswegen sie in der Fahrzeugbranche in hochbelasteten Bauteilen Verwendung finden. Daruber hinaus sind im semistrukturellen Bereich auch haufig diskontinuierlich faserverstarkte Kunststoffe vorzufinden, da sie hier im Vergleich zu kontinuierlich faserverstarkten Kunststoffen, aber auch im Vergleich zu Metallen kostengunstiger herzustellen sind. Eine neue, hybride Werkstoffklasse zielt nun darauf ab, die Vorteile diskontinuierlicher mit den Vorteilen kontinuierlicher Faserverstarkung zu verbinden. Durch die Funktionalisierung kontinuierlicher Faserverbunde als hauptlasttragende Verstarkung einer diskontinuierlich langfaserverstarkten Grundstruktur lassen sich kostengunstige, aber leistungsfahige Faserverbundstrukturen herstellen. Derartige kontinuierlich-diskontinuierlich langfaserverstarkte Kunststoffe weisen verschiedenartige innere Grenzflachen auf, welche sich insbesondere auf das Versagensverhalten der Struktur auswirken. Um sichere Auslegungsverfahren fur diese Werkstoffklasse entwickeln zu konnen, ist es daher notwendig, die inneren Grenzflachen untersuchen und beschreiben zu konnen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Methoden, innere Grenzflachen von Faserverbundkunststoffen zu charakterisieren und zu modellieren und wendet diese auf werkstoffklassenspezifische Materialien und Herstellungsprozesse an. Hierzu werden experimentelle Untersuchungen der Faser-Matrix-Grenzflachen sowie der interlaminaren Grenzflachen von kontinuierlich verstarkten Schichtverbunden durchgefuhrt und auf die weitere Verwendbarkeit im Produktentwicklungsprozess hin untersucht. Es wird ein kombinierter experimentell-numerischer Ansatz verfolgt, um einerseits die experimentellen Ergebnisse zu validieren und andererseits eine vorteilhafte Modellierung des Materialverhaltens zu untersuchen.