Eigenspannungen an Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe werden heute aufgrund ihrer vielen Vorteile in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Diese Werkstoffe können so gestaltet werden, dass sie bestimmte Eigenschaften, einschließlich mechanischer Eigenschaften, verbessern und gleichzeitig das Gesamtgewicht reduzieren.

Ein „Verbundwerkstoff“ ist ein Material, das aus mindestens zwei Elementen besteht, die zusammenwirken, um mechanische Eigenschaften zu erzeugen, die sich von den Werten unterscheiden, die die beiden Elemente einzeln aufweisen.

In der Praxis werden viele Verbundwerkstoffe aus einem Basismaterial (sogenannte „Matrix“) und zusätzlicher Verstärkung hergestellt, hauptsächlich um die Festigkeit und Steifigkeit der Matrix selbst zu erhöhen. Diese Verstärkung liegt im Allgemeinen in Form von Fasern vor.

Obwohl Verbundwerkstoffe erhebliche strukturelle Vorteile haben, sind sie dennoch nicht frei von Eigenspannungen, die während des Herstellungsprozesses induziert werden können.

Eigenspannungen sind ein ziemlich häufiges Phänomen in Verbundwerkstoffen, da es eine große Grenzfläche zwischen der Matrix und den Verstärkungen und anschließend zwischen den verschiedenen, in unterschiedliche Richtungen orientierten Schichten gibt. Im Detail können Eigenspannungen in Verbundwerkstoffen aufgrund einer Unverträglichkeit der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Matrix und den Verstärkungsfasern auftreten. Darüber hinaus kann auch die chemische Schrumpfung während der Erstarrungsphase der Matrix eine wichtige Rolle im Bereich der Eigenspannung spielen.

Es gibt eine spezielle Version des MTS3000-Restan-Systems, die Eigenspannungen in Verbundwerkstoffen ermitteln kann. Normalerweise erwartet man bei diesen Werkstoffarten ungleichmäßige Eigenspannungen in der Tiefe und vor allem ist aufgrund des typischen inhomogenen Verhaltens die Variabilität der Eigenspannungen in verschiedenen Bereichen desselben Bauteils meist hoch.

Die Version des MTS3000-Restan-Systems für Verbundwerkstoffe wird mit einer Steuereinheit geliefert, die das Testen vollautomatisch, einfach und schnell macht: Ein automatisches System ermöglicht es, das Bohrverfahren (Drehgeschwindigkeit und Vorschub) und die Erfassung über Dehnungsmessstreifen-Rosetten zu steuern. In Bezug auf Letzteres kann die oben beschriebene kompensierende Dehnungsmessstreifen-Technik verwendet werden, um jeden offensichtlichen thermischen Einfluss auf die erfassten Dehnungen zu vermeiden.

Dank eines speziellen Gleiters zum Bohren,, der mit niedriger Geschwindigkeit arbeitet, erzeugt das Verfahren keinen Erwärmungs- oder Plastifizierungseffekt um das Loch herum, wodurch unerwünschte Auswirkungen auf die erfassten Dehnungen und die berechneten Eigenspannungen vermieden werden.

Das MTS3000-Restan-System ist das EINZIGE auf der Welt, das speziell für diese Art von Messungen entwickelt wurde. Darüber hinaus kann das mechanische Messgerät dank seiner freitragenden Form (alternativ: dank seines ergonomischen Designs) und seiner verstellbaren Füße an der am besten geeigneten Stelle der zu prüfenden Probe positioniert werden.

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