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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht eines Faserverbundwerkstoffes.
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Zur numerischen Simulation des nichtlinearen Werkstoffverhaltens von Faserverbundmaterial ist es erwünscht, möglichst genaue Materialkennwerte zu verwenden. Grundsätzlich bestehen Faserverbundwerkstoffe aus Fasern (z.B. Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Glasfasern, Naturfasern), die beispielsweise in eine Kunststoff-, Metall- oder Betonmatrix eingelegt werden. Die Materialeigenschaften der Faser und Matrix lassen sich im Allgemeinen sehr gut ohne große Streuung bestimmen, sodass hinreichend genaue Daten bereitgestellt werden können oder vorhanden sind. Bei Verbundwerkstoffen sind die Fasern kraftschlüssig und teilweise auch formschlüssig in die Matrix eingebunden, das heißt es findet eine Kraftübertragung zwischen Fasern und Matrix statt. Die Kraftübertragung kann insbesondere durch eine werkstoffangepasste Interfaceschicht erfolgen. Die Interfaceschicht beschreibt dabei eine im Allgemeinen gleichmäßig dünne Zone über die Faser und ermöglicht die mechanische Interaktion zwischen Faser und Matrix.
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Die Interfaceschicht weist eigene Materialeigenschaften auf, die weder den Materialeigenschaften der Faser noch den Materialeigenschaften der Matrix oder des Faserverbundmaterials entsprechen.
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Die genauen Materialeigenschaften dieser Interfaceschicht sind bisher nur näherungsweise und unter hohem experimentellem und numerischem Aufwand bestimmbar. Die Interfaceschicht weist herstellungsbedingt und abhängig von Faser und Matrix Eigenschaften auf, die einen entscheidenden Einfluss auf das mechanische Werkstoffverhalten des Faserverbundmaterials haben.
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Aus J. Kim, Y. Mai, Engineered Interfaces in Fiber Reinforced Composites, 1998 ist die Ermittlung der Eigenschaften der Interfaceschicht durch den Single-Fiber-Fragmentation Test (SFFT) bekannt. Dieser Test bewertet die Qualität der Interfacebeschaffenheit anhand der Länge von Faserbruchstücken, die beim gezielten Zerreißen einer Faser im Faser-Matrix-Verbund entstehen. Aus E.D. McCarthy, Multi-Fiber Fragmentation Test to Monitor Composite Interface, 2013 ist eine Weiterentwicklung des SFFT, der Multi-Fiber-Fragmentation Test, zur Einbeziehung der Interaktion benachbarter Fasern bekannt.
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Aus S. Sockalingam, G. Nilakantan, Fiber-Matrix Interface Characterization through the Microbond Test, 2012 sind Microbond Tests bekannt, bei denen ein Faserende in einen Tropfen des Matrixwerkstoffes eingebunden wird und anschließend mechanisch unter Ermittlung der notwendigen Kraft herausgezogen wird, hierbei handelt es sich im Wesentlichen um eine Weiterentwicklung des Fiber-Pull-Out Versuchs. Aus H.-Y.Liu, L.-M.Zhou, Y.-W.Mai, Effect of Interface Roughness on Fiber Push-Out Stress, 1995 sind Fiber-Push-Out Versuche zur Ermittlung von Interfaceeigenschaften bekannt.
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Die
US 8,266,969 B2 offenbart ein Verfahren zum Charakterisieren von Eigenschaften einer Probe, beispielsweise eine Mikrostruktur und eine Nanostruktur. Das Verfahren umfasst das Befestigen eines ersten Endes der Probe mit einer ersten Sonde und das Befestigen eines zweiten Endes der Probe, die vom ersten Ende durch einen Zwischenbereich beabstandet ist, mit einer zweiten Sonde, die sich von einem Wandler erstreckt. Das Verfahren umfasst auch das Verursachen einer entsprechenden Verschiebung der zwischen der ersten Sonde und der zweiten Sonde angebrachten Probe. Zumindest ein mit der Probe zusammenhängender Parameter wird während der entsprechenden Verschiebung auf Basis mindestens eines Ausgangssignals des Wandlers erfasst. Die Eigenschaften der Probe können basierend auf dem mindestens einen Parameter bestimmt werden.
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Die
DE 37 12 073 A1 offenbart, dass die Haftung einer in einer Polymermatrix eingebetteten Einzelfaser mittels eines Zugversuches bestimmt wird, bei dem die Faser aus der Polymermatrix herausgezogen wird und gleichzeitig das zugehörige Kraft-Weg-Diagramm registriert wird. Zu diesem Zweck wird ein aus der Polymermatrix mit der darin eingebetteten Einzelfaser bestehender Probekörper dadurch hergestellt, dass auf einem Objekthalter eine in Granulat- oder Pulverform vorliegende Polymermenge aufgeschmolzen wird, die Einzelfaser in die aufgeschmolzene Polymermasse eingetaucht wird und die Polymermasse danach unter den Schmelzpunkt abgekühlt wird. Anschließend wird der Objekthalter mit dem daran haftenden Probekörper in eine Kraft-Weg-Messeinrichtung gebracht und das freie Ende der Faser an einer in Faserrichtung verfahrbaren Einspannvorrichtung fixiert. Bei dem Zugversuch werden nun die auf die Faser einwirkende Zugkraft mittels des Kraftaufnehmers und gleichzeitig der von der Einspannvorrichtung zurückgelegte Weg durch den Wegaufnehmer in entsprechende elektrische Signale umgesetzt und ausgewertet.
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Die
DE 38 19 629 C1 offenbart, dass, um die Haftkraft zwischen Fasern und einer Polymermatrix bei faserverstärkten Kunststoffen gut reproduzierbar und aussagekräftig messen zu können, ein Verstärkungsstab von mindestens 1 mm Durchmesser aus dem betreffenden Verstärkungsmaterial in eine Polymermatrix eingebettet wird und sein herausstehendes Ende so lange mit Druck belastet wird, bis sich der Verstärkungsstab von dem Block aus Polymermatrix löst.
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Die
DE 197 07 968 A1 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung der mechanisch-dynamischen Eigenschaften eines Werkstücks, wobei das Werkstück entlang einer ersten Richtung einer zyklischen Zug- und/oder Druckbeanspruchung ausgesetzt wird. Mittels einer Krafterfassungseinrichtung wird ein die Zug- und/oder Druckbeanspruchung des Werkstückes repräsentierendes Kraftsignal erzeugt und mittels einer Wegstrecken-Erfassungseinrichtung wird ein eine Längenänderung zumindest eines vorgegebenen Abschnitts des Werkstückes repräsentierendes Wegstreckensignal erzeugt. Das Kraftsignal und das Wegstreckensignal werden einer Auswerteeinrichtung zugeführt, die aus dem während eines Beanspruchungszyklus erhaltenen Kraftsignal und Wegstreckensignal eine für die mechanisch-dynamischen Eigenschaften des vorgegebenen Abschnitts charakteristische Größe bestimmt. Das entlang einer zweiten Richtung mit einem Raster aus kontrastierenden Codierstreifen versehene Werkstück wird im Rahmen der Wegstreckenerfassung laufend entlang der zweiten Richtung unter einer vorgegebenen Abtastfrequenz von einem Laserstrahl überstrichen und die Intensität des von den Codierstreifen modulierten Laserlichts wird erfasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht eines Faserverbundwerkstoffes anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht eines Faserverbundwerkstoffes, wird zumindest ein Ende des Faserverbundwerkstoffs in einem mikro-elektromechanischen System gehalten, wobei das Ende des Faserverbundwerkstoffs mittels des mikro-elektromechanischen Systems in einer Querrichtung und/oder einer Längsrichtung statisch oder dynamisch bewegt wird, wobei mittels zumindest eines Sensors ein Versagen der Interfaceschicht ermittelt wird.
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In einer Ausführungsform wird ein zweites Ende des Faserverbundwerkstoffs in einem weiteren mikro-elektromechanischen System gehalten, wobei mittels des zumindest einen Sensors während der Bewegung eine Messung einer Dehnung des Faserverbundwerkstoffs erfolgt, wobei eine Messung einer auf den Faserverbundwerkstoff wirkenden Zugspannung während der Bewegung durch mindestens eines der mikro-elektromechanischen Systeme erfolgt.
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In einer Ausführungsform wird eine Last-Verformungskurve aus den Messungen der Dehnung und der Zugspannung gebildet.
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In einer Ausführungsform werden aus der Last-Verformungskurve eine Faserspannung bei Beginn des Versagens der Interfaceschicht, ein maximaler Faserauszugswiderstand und/oder ein Faserauszugswiderstand infolge Reibung nach Versagen der Interfaceschicht bestimmt.
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In einer Ausführungsform kann der Sensor als ein Mikrotaster oder kapazitiver Sensor ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist der Sensor als ein lichtempfindlicher Sensor ausgebildet, wobei eine Lichtquelle angeordnet ist, von der ein Lichtstrahl so emittiert wird, dass er auf den Sensor trifft, wobei das mikro-elektromechanische System in der Querrichtung mit einer Anregungsschwingung dynamisch so bewegt wird, dass ein freies Ende des Faserverbundwerkstoffes ins Schwingen gerät und dabei in mindestens einer Position den Lichtstrahl so unterbricht, dass eine vom Sensor empfangene Signalstärke reduziert wird. Auf diese Weise kann ein Nulldurchgang der Schwingung und somit die Frequenz der Schwingung bestimmt werden.
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In einer Ausführungsform wird eine Frequenz und/oder Auslenkung der Anregungsschwingung des mikro-elektromechanischen Systems variiert, wobei ein Versagen der Interfaceschicht anhand einer abrupten Änderung der Frequenz der detektierten Schwingung des Faserverbundwerkstoffes detektiert wird.
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In einer Ausführungsform ist die Lichtquelle als ein Laser ausgebildet.
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In einer Ausführungsform erfolgt eine Verarbeitung der ermittelten Daten, beispielsweise zur Ermittlung der Last-Verformungskurve und der daraus gewonnenen, oben genannten Werte oder eine Ermittlung der Nulldurchgänge und der Frequenz der Schwingung, mittels einer im mikro-elektromechanischen System integrierten elektronischen Schaltung.
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Mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) lassen sich in großer Stückzahl industriell herstellen und vertreiben. Daher ist man bei der Bereitstellung von Daten nicht auf wenige einzelne, oftmals teure und aufwendige Versuche angewiesen.
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Langfristig besteht bei der Verwendung von MEMS auch die Möglichkeit, eine ganze Gruppe von MEMS einzusetzen, um an mehreren interessanten Positionen innerhalb eines industriell hergestellten Faserverbundbauteils die Interfaceeigenschaften zu bestimmen. Damit lassen sich auch herstellungsbedingte lokale Besonderheiten, wie zum Beispiel Umformprozesse und deren Auswirkung auf die Interfaceschicht oder auf die Einbindung der Fasern aufzeigen.
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Durch Bereitstellung einer günstigen Alternative für das Prüfen der Interfaceeigenschaften lassen sich große experimentelle Datenmengen bereitstellen, was wiederum die Nutzung von stochastischen numerischen Methoden (Parameterstreuungen, Sensitivitätsanalysen, stochastic finite element method – SFEM) in der Simulation erlaubt. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Platzbedarf der Versuchsapparatur sowie die Möglichkeit, gänzlich auf den Einsatz von Mikroskopie und das dafür nötige Personal zu verzichten. Die angewandten Testverfahren können dabei über die bisher üblichen Zugversuche hinausgehen, denkbar sind zum Beispiel mikro-mechanische Schwingversuche, bei denen eine Faser mit anhaftender Matrix einseitig eingespannt wird und zum Schwingen angeregt wird, aus der damit resultierenden Verteilung der Eigenfrequenzen lassen sich bei bekannten Faser- und Matrixeigenschaften Rückschlüsse auf die Interfaceeigenschaften ziehen. Eine weitere Möglichkeit wäre die Nutzung von Nanoindentern, zum Beispiel bei 3-Punkt-Biegeversuchen. Eine Beurteilung des dynamischen Verhaltens lässt sich ebenfalls durch Verwendung von MEMS realisieren, beispielsweise bei in situ-Versuchen durch Nutzung von CT-Scannern mit entsprechender zeitlicher Auflösung. Denkbar ist auch die Möglichkeit, eine mechanische Beanspruchung der Interfaceschicht mit Hilfe thermischer Bedingungen zu erreichen. Aufgrund unterschiedlicher thermischer Eigenschaften von Faser und Matrix wird sich eine Relativverschiebung zwischen Faser und Matrix bei Temperaturänderung einstellen. Da diese Verschiebung jedoch behindert wird, entsteht eine mechanische Beanspruchung der Interfaceschicht, hauptsächlich in Faserlängsrichtung. Werden elektrisch leitfähige Materialien verwendet, kann eine thermische Beanspruchung durch MEMS, beispielsweise mit Hilfe induktiven Erwärmens, aufgebracht werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Testverfahrens ist die Ermittlung von repräsentativen und reproduzierbaren Materialeigenschaften für die Interfaceschicht von Faserverbundwerkstoffen möglich. Insbesondere besteht die Möglichkeit, mit Hilfe von mikro-elektromechanischen Systemen auch industriell hergestellte Bauteile aus Faserverbundwerkstoff zu testen. Durch einen hohen Automatisierungsgrad werden darüber hinaus Auswertezeiten verkürzt und erleichtert. Es können quasi-statische Kurz- und Langzeit-, dynamische sowie Ermüdungsversuche mit Zug-, Druck-, und Scherbeanspruchungen durchgeführt werden.
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Im Gegensatz zu bekannten Lösungen benötigt das erfindungsgemäße Verfahren einen geringeren finanziellen, technologischen und personellen Aufwand. Anders als bei im Stand der Technik bekannten Verfahren müssen beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Probekörper separat angefertigt werden, einzelne Fasern (beispielsweise Kohlefasern mit etwa 7µm Durchmesser) in entsprechenden Gussformen fixiert und mit Matrixwerkstoffen ausgefüllt werden. Durch Messung an industriell hergestellten Faserverbundwerkstoffen anstatt an eigens anzufertigenden Probekörpern werden Herstellungseinflüsse der Probekörper ausgeschlossen, wodurch die Übertragbarkeit der Ergebnisse verbessert wird. Anders als bei bekannten Verfahren zur Ermittlung der Interfaceeigenschaften werden keine hochauflösenden Mikroskope mit entsprechend hohem Platzbedarf benötigt.
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Die auf dem aufgezeigten Wege gewonnen Daten erlauben eine weiterführende, zielgerichtete Optimierung der Einbindung der Fasern in die Matrix. Weiterhin können bestehende Materialunsicherheiten abgebaut und minimiert werden, so dass ein besseres Materialverständnis und eine ökonomischere Bemessung und Anwendung von Faserverbundwerkstoffen ermöglicht wird. Ebenfalls zu erwarten ist eine Optimierung der Prozesszeiten bei der industriellen Herstellung und Weiterentwicklung von Faserverbundmaterial, da geänderte Bedingungen (beispielsweise andere Aushärtezeiten, geänderter Faservolumenanteil, Faserorientierung, etc.) sich schnell und effizient testen lassen und somit repräsentative Daten für die Qualität des Faser-Matrix-Systems zur Verfügung stehen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht eines Faserverbundwerkstoffs,
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2 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Anordnung zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht eines Faserverbundwerkstoffes mittels eines Faserauszugsversuchs,
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3 ein Diagramm mit einer Last-Verformungskurve, die mittels der Anordnung gewonnen wurde,
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4 eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Anordnung zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht eines Faserverbundwerkstoffes mittels eines Schwingungsversuchs,
und
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5 ein Diagramm mit einer Darstellung einer von einem Sensor empfangenen Signalstärke über der Zeit.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines länglichen, im Wesentlichen zylindrischen Faserverbundwerkstoffs 1, umfassend eine Faser 2 und eine Matrix 3, die durch eine Interfaceschicht 4 miteinander verbunden sind. Der Faserverbundwerkstoff 1 kann beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 1 µm bis 150 µm und eine Länge im Bereich von 10 µm bis 2000 µm aufweisen.
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2 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Anordnung 5 zur Ermittlung von Materialeigenschaften der Interfaceschicht 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 mittels eines Faserauszugsversuchs. Die Anordnung 5 umfasst ein frei bewegliches mikro-elektromechanisches System 6, dass in einer Längsrichtung L oder in einer Querrichtung Q oder sowohl in Längsrichtung L als auch in Querrichtung Q beweglich ist. Weiterhin ist ein starr angeordnetes mikro-elektromechanisches System 7 vorgesehen, in dem ein Ende der Matrix 3 auf einer Länge d eingespannt ist, die einer aufzubringenden Verschiebung in Längsrichtung L entspricht. In dem frei beweglichen mikro-elektromechanischen System 6 ist das andere Ende der Matrix 3 auf einer größeren Länge d + m eingespannt.
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An den mikro-elektromechanischen Systemen 6, 7 sind Sensoren 8 zur Dehnungsmessung der Matrix 3 angeordnet. Die Sensoren 8 können als Mikrotaster oder als kapazitive Sensoren ausgebildet sein.
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Zur Ermittlung von Materialeigenschaften der Interfaceschicht 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 wird mittels des frei beweglichen mikro-elektromechanischen Systems 6 eine Verschiebung in der Längsrichtung L vom starr angeordneten mikro-elektromechanischen System 7 weg auf den Faserverbundwerkstoff 1 bis zur Länge d aufgebracht. Währenddessen wird mittels mindestens eines der mikro-elektromechanischen Systeme 6, 7 eine Zugspannung σ und mittels der Sensoren 8 eine Dehnung des Faserverbundwerkstoffes 1 bestimmt.
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3 ist ein Diagramm mit einer Last-Verformungskurve, die mittels der Anordnung 5 gewonnen wurde. Dargestellt ist die Zugspannung σ über der Dehnung d. Mit zunehmender Zugspannung σ steigt die Dehnung d an, bis bei einer Faserspannung σ0 die Interfaceschicht 4 des im starr angeordneten mikro-elektromechanischen System 7 gehaltenen Endes des Faserverbundwerkstoffs 1 beginnt, zu versagen; das heißt, die Faser 2 bewegt sich relativ zur Matrix 3. Infolge dieses Versagens sinkt die Zugspannung σ etwas ab, wird dann jedoch durch das frei bewegliche mikro-elektromechanische System 6 wieder erhöht, bis die Interfaceschicht 4 erneut versagt. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrfach, bis ein maximaler Faserauszugswiderstand σd* erreicht ist. An diesem Punkt versagt die Interfaceschicht 4 völlig und die Zugspannung σ fällt signifikant ab auf einen Faserauszugswiderstand infolge Reibung nach Versagen der Interfaceschicht σfr. Dieser Wert fällt mit zunehmender Dehnung weiter ab, bis die Faser 2 komplett aus der Matrix 3 herausgezogen ist.
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Die gezeigte Anordnung 5 erlaubt auch, das frei bewegliche mikro-elektromechanische System 6 in Querrichtung Q zu bewegen, so dass das Verhalten der Interfaceschicht 4 nicht nur bei Zug sondern auch bei Scherung bestimmt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann das frei bewegliche mikro-elektromechanische System 6 in Querrichtung Q und in Längsrichtung L bewegt werden, so dass das Verhalten der Interfaceschicht 4 bei Zug kombiniert mit Scherung bestimmt werden kann. Das in 3 dargestellte Diagramm zeigt die Last-Verformungskurve bei einem statischen Zugversuch. Das frei bewegliche mikro-elektromechanische System 6 kann jedoch auch so gesteuert werden, dass mittels einer Schwingung eine dynamische Belastung des Faserverbundwerkstoffs 1 in Längsrichtung L oder in Querrichtung Q oder sowohl in Längsrichtung L als auch in Querrichtung Q erfolgt.
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Die Sensoren 8 können sowohl am frei beweglichen mikro-elektromechanischen System 6 als auch am starr angeordneten mikro-elektromechanischen System 7 vorgesehen sein, um eine Fehlerkorrektur zu ermöglichen. Um die Relativverschiebung zwischen Faser 2 und Matrix 3 zu bestimmen, kann sowohl eine globale Gesamtverschiebung der zu messenden Probe als auch die lokale Verformung der Matrix 3 an der Stelle des Faserauszugs über die Versuchsdauer erfasst werden.
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4 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung 5 zur Ermittlung von Materialeigenschaften einer Interfaceschicht 4 eines Faserverbundwerkstoffes 1 mittels eines Schwingungsversuchs.
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Die Anordnung 5 umfasst ein frei bewegliches mikro-elektromechanisches System 6, dass zumindest in einer Querrichtung Q, optional aber auch in einer Längsrichtung L, beweglich ist. In dem frei beweglichen mikro-elektromechanischen System 6 ist ein Ende des Faserverbundwerkstoffs 1 eingespannt. Das andere Ende des Faserverbundwerkstoffs 1 ist frei und zeigt in der 4 in Ruhestellung nach oben. Eine Lichtquelle 9, beispielsweise ein Laser 9 und ein lichtempfindlicher Sensor 10, sind so angeordnet, dass ein vom Laser 9 emittierter Lichtstrahl 11 auf das freie Ende des Faserverbundwerkstoffes 1 trifft, wenn dieser in der Ruhestellung ist, so dass der Lichtstrahl 11 den Sensor 10 nicht erreicht. Wird der Faserverbundwerkstoff 1 jedoch seitlich ausgelenkt, so erreicht der Lichtstrahl 11 den Sensor 10.
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Zur Ermittlung von Materialeigenschaften der Interfaceschicht 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 wird mittels des frei beweglichen mikro-elektromechanischen Systems 6 eine Schwingung in der Querrichtung Q auf den Faserverbundwerkstoff 1 aufgebracht. Währenddessen wird mittels des Sensors 10 ermittelt, ob der vom Laser 9 emittierte Lichtstrahl 11 auftrifft.
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5 ist ein Diagramm mit einer Darstellung einer vom Sensor 10 empfangenen Signalstärke S des Lichts über der Zeit t. An jedem Nulldurchgang N des Faserverbundwerkstoffs 1, das heißt, wenn der Faserverbundwerkstoff 1 während seiner Schwingung vorübergehend wie in der Ruhestellung senkrecht steht, fällt die Signalstärke S signifikant ab. Der zeitliche Abstand zwischen den Nulldurchgängen N entspricht der halben Periodendauer der Schwingung. Auf diese Weise kann eine Frequenz der Schwingung bestimmt werden. Bei Änderung der Frequenz der Schwingung des frei beweglichen mikro-elektromechanischen Systems 6 in der Querrichtung Q ändert sich auch die mittels des Sensors 10 ermittelte Frequenz entsprechend, solange die Interfaceschicht 4 intakt ist. Sobald die Interfaceschicht 4 infolge der dynamischen Belastung, beispielsweise bei steigender Anregungsfrequenz und/oder Auslenkung versagt, ändert sich die gemessene Frequenz abrupt und signifikant. Insbesondere sinkt die Frequenz in diesem Fall deutlich. Typische Werte für die gemessenen Frequenzen liegen beispielsweise im Bereich von 10 kHz bis 10 MHz.
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Statt des Lasers 9 und des lichtempfindlichen Sensors 10 können andere Mittel zur Ermittlung des Nulldurchgangs N vorgesehen sein.
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Der Einsatz der in den Figuren gezeigten Anordnungen 5 erlaubt die Ermittlung von Materialeigenschaften der Interfaceschicht 4 ohne Einsatz von Mikroskopen und Beobachtern, die mittels des Mikroskops die Faserbrüche zählen, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Stattdessen kann die Ermittlung und Verarbeitung der Daten mittels in den mikro-elektromechanischen Systemen 6, 7 integrierten Aktoren, Sensoren und elektronischen Schaltungen erfolgen. Die Aktoren zur Bewegung des Faserverbundwerkstoffes 1 können beispielsweise als wärmegesteuerte oder elektrostatisch oder elektromechanisch betätigte Aktoren ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserverbundwerkstoff
- 2
- Faser
- 3
- Matrix
- 4
- Interfaceschicht
- 5
- Anordnung
- 6
- frei bewegliches mikro-elektromechanisches System
- 7
- starr angeordnetes mikro-elektromechanisches System
- 8
- Sensor
- 9
- Lichtquelle, Laser
- 10
- Sensor
- 11
- Lichtstrahl
- d
- Länge
- L
- Längsrichtung
- m
- Länge
- N
- Nulldurchgang
- Q
- Querrichtung
- σ
- Zugspannung
- σ0
- Faserspannung
- σd*
- maximaler Faserauszugswiderstand
- σfr
- Faserauszugswiderstand infolge Reibung nach Versagen der Interfaceschicht
- S
- Signalstärke
- t
- Zeit
