All models are wrong, but some are useful
Mal ne Frage, wie ist das Ermüdungsverhalten von CFK so? Welche Festigkeiten (Biegung, Zug, Torsion) kann man bspw. bei deinem verwendeten Material, Layup und erwarteter Lebensdauer (1E6 Zyklen?) erwarten?
Hallo
@Guts,
ja, Modellbildung ist so eine Sache
Ermüdung - ganz schwieriges Thema. Für metallische Werkstoffe hatte ich in meinem
Nähkästchen schon einen Beitrag geschrieben. Für Stahl und Aluminium ist das ja noch halbwegs greifbar, weil man auf entsprechende Normen und Richtlinien zurückgreifen kann (z.B. FKM-Richtlinie).
Bei Faserverbund ist das Problem, dass das Material ja erst bei der Bauteilherstellung entsteht. Verschiedene Fasern, Gewebe/Gelege/Geflecht/... treffen auf verschiedene Matrixwerkstoffe - unendliche Vielfalt in unendlichen Kombinationen
Fertige Diagramme für Biegung, Zug und Torsion wie man das z.B. für Stähle kennt, gibt es nicht.
- Biegung bedeutet "eine Seite Zug, andere Seite Druck". Bei Faserverbund ist das spannend, weil normalerweise die Druckfestigkeit etwas niedriger ist (Mikroknicken der Fasern bei Druckbelastung). In der Materialkarte im FE-Programm wird keine Biegefestigkeit eingegeben, sondern separat Zug- und Druckfestigkeit.
- Torsion bedeutet "Hauptspannungen unter 45 Grad". Am besten eignet sich dafür ein Laminat mit +/-45 Grad Faserrichtung und man hat wieder Zug und Druck.
- Mit der "klassischen Laminattheorie" lassen sich die Spannungen in einem Mehrschichtverbund berechnen. Im FE-Programm läuft so etwas im Hintergrund ab.
Aber zum eigentlichen Thema: wie bekommt man Ermüdungsfestigkeiten für ein Laminat?
In meinem Archiv schwirrt noch irgendwo eine "Richtlinie zur Zertifizierung von Windkraftanlagen" vom Germanischen Lloyd herum. Ist nicht mehr aktuell, aus dem Thema bin ich schon eine Weile raus. Dort wurde für Laminate mit Epoxidharz-Matrix die Betriebsfestigkeit mit einem Faktor C=N^(1/12) berechnet. Aus meiner Sicht ist das schon recht konservativ.
Bei meinen Sitzstreben gibt es lokale Spitzen mit einer Materialausnutzung von 40% - und es funktioniert.
Man muss aber auch sehen, dass die 1e6 Zyklen beim Fahrrad kaum erreicht werden - zumindest nicht bei den sehr hohen Belastungen. Jeden Tag 100 Mal den höchsten Drop (wer macht das schon?), dann braucht man immer noch fast 30 Jahre ...
Gruß
Onkel_Bob