Möglichkeiten und Grenzen zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen mit Hilfe der Kontinuumstheorie

In diesem Artikel werden Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung der Modelle der Kontinuumstheorie für die Berechnung der mechanischen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs am Beispiel des Einsatzes der Mischungsregel für die Ermittlung der Zugfestigkeit des unidirektionalen Faserverbundwerkstoffs vorgestellt. Die werkstofftechnischen Aspekte der Metall‐ und Keramik‐Matrix‐Faserverbundwerkstoffe werden dargelegt und die damit verbundenen Abweichungen der experimentellen Ergebnisse van den theoretisch ermittelten Werten analysiert. Die modellbedingten Fehler werden den anderen Fehlern in dem System Mensch‐Modell‐Experiment gegenübergestellt. Es wird ein Algorithmus zur Anpassung der Mischungsregel für den Einsatz bei der Berechnung der Zugfestigkeit für die unidirektionalen Faserverbundwerkstoffe vorgestellt. Hierbei werden neben den Beziehungen zwischen den Mechanischen Eigenschaften der Faser und Matrix die Eigenschaften der Grenzfläche berücksichtigt. Die Korrelation zwischen den Versagensarten und Verbundeigenschaften wird ebenso angesprochen. Außerdem wird die Ermittlung der Spannungs‐Dehnungs‐Kennlinien des Verbundwerkstoffes unter Berücksichtigung der genannten Aspekte beschrieben. Zum Schluß werden die Vorteile anderer Modelle gegenüber der Mischungsregel und die Möglichkeiten einer genaueren Berechnung der mechanischen Eigenschaften vorgestellt. Alle durchgeführten Betrachtungen betreffen unidirektionale Faserverbundwerkstoffe (Langfaser), die in Richtung der Faser auf Zug belastet werden.