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Je nach Art und Einsatz kann ein Bauteil ausgelegt werden auf Steifigkeit, Festigkeit und / oder Stabilität : | |
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Eine Berechnung ist bei FVW nur sehr eingeschränkt möglich, da es im Gegensatz zu homogenen Materialien wie Alu oder Stahl "den" FVW nicht gibt. Neben den Fasermoduln und der Richtung der Fasern müssen auch Art und Güte der Verarbeitung u.v.m. berücksichtigt werden. Bei komplexen Bauteilen wie z.B. der inneren Karosse bei MagicScooter2 mit zudem noch schwer zu bestimmenden Lastfällen käme lediglich noch eine Berechnung mit FEM-Programmen in Frage, was mir aber deutlich zu aufwändig erschien. Alternativ können Erfahrungswerte sowie überschlägige Berechnungen hinzugezogen werden. Um bei komplizierten Bauteilen das Tragprinzip erfassen bzw. deren Schwachstellen lokalisieren zu können, besteht zudem die Möglichkeit, einen Prototypen ( bei kleinen Teilen ) oder ein Modell zu bauen und diese dann in möglichst praxisnaher Art und Weise zu belasten. Bei den meisten Bauteilen ist die Steifigkeit maßgebend. Diese Berechnung ist weitaus einfacher als die Festigkeitsberechnung, bei der Spannungssprünge von Schicht zu Schicht ermittelt werden und die somit für jede Einzelschicht durchgeführt werden muß. Bei der Steifigkeitsberechnung ist v.a. der Faseranteil des gesamten Laminats in einer bestimmten Richtung wichtig. | |
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Dimensionierung bedeutet bei Faserverbundwerkstoffen nicht nur Bestimmung der erforderlichen Dicke, denn es gibt nicht "den" FVW. Er muß erst je nach Bedürfnis mit folgenden Parametern modelliert werden : Die Einzelschicht mit der niedrigsten Zwischenfaserbruch-Gefahr ( der Bruch findet in diesem Fall zwischen den Fasern statt, also in der Matrix bzw. an der Grenzfläche Matrix-Faser ) sollte an der Außenseite des Laminats angeordnet werden ( also z.B. Leinwandgewebe außen und UD-Schichten innen ) Zudem sollten die Gewebe im Laminat möglichst gleichmäßig und symmetrisch angeordnet werden. Gezielte Ausnutzung der Anisotropie durch Anordnung der Fasern zu einem großen Anteil in Hauptspannungsrichtung. Je unsicherer man sich über den Verlauf der Spannungen ist, umso mehr muß man die Fasern "quasi-isotrop" anordnen, d.h. in allen Richtungen gleichmäßig verteilt. Sog. "interlaminare Spannungen" an freien Laminaträndern, also an Löchern, Kanten, Krafteinleitungen, etc. können zur Delamination der einzelnen Schichten führen. Diese Gefahr kann vermindert werden durch eine möglichst geringe Differenz der Orientierungswinkel zwischen den Lagen, also z.B. nicht 2 UD-Schichten um 90° verdreht übereinander. | |