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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 06.08.2020 / 08.08.2020
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Welche Aufgaben hat die Matrix in einem Faserverbundwerkstoff und welche Anforderungen resultieren daraus? 

Aufgaben:

  • Räumliche fixierung der Fasern
  • Übertragung der Kräfte von Faser zu Faser
  • Stützung der Fasern bei Druckbeanspruchung
  • Schutz der Fasern vor Beschädigung und Umwelteinflussen

Anforderungen:

  • Erhaltung von den vorteilhaften mechanischen Eigenschaften
  • Übertragung von Kräften die von Faser nicht angenommen werden
  • Gute Haftung an Fasern
  • Geringe Dichte
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Welche Faserwerkstoffe werden in der Luft- und Raumfahrttechnik überwiegend verwendet? 

  • Anorganische Fasern (Glas, Bor, SiC, Al2O3)
  • Organische Fasern (Aramid, Kohlenstoff, Polyethylen, polyamid)
  • metallische fasern ( aluminum, Stahl, Wolfram)
  • Whisker/monokristallin (sic, Aluoxid, graphit)
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Was versteht man unter der Reißlänge und wie kommt man darauf? 

Specific Strength (reißlänge) - die Länge bei der ein frei hängender Querschnitt eines Fasers durch seine eigene Gewichtskraft an der Befestigung abreißt.

Spannung bei Abriss = Gewichstkraft*A

\(R_m*A = {L*A*rho*g}\)

\(L = {R_m\over rho*g}\)

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Was versteht man unter Faservolumengehalt (FVC)? 

Faservolumengehalt: der Volumenanteil der Faserkomponente auf das Gesamtvolumen eines Verbundes.

\(\phi_F = {V_F \over V_s}\)

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Wie wirkt sich die geometrische Anordnung der Fasern auf den FVC (Faservolumengehalt) aus? Nennen Sie Werte, die in der Praxis erreicht werden können.

Verschiedene Packungen haben verschiede maximale faservolumenanteil. (

  • Quadratische Packung: Theorie 0,785
  • Hexagonale Packung: Theorie 0,907
  • Praktische Werte: von 35% 65%
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Nenne verschiedene Technologien zur CFK Herstellung und ihre typische Faservolumenanteil Werte:

  • Handlaminieren: 40%
  • Wickeln mit Rovings: 50%
  • Wickeln mit Prepregs: 60%
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Was ist die klassische Mischungsregel und welche Modellvorstellung liegt ihr zugrunde? 

Die klassische Mischungsregel beruht auf der einfachen Modellvorstellung, dass sich das mechanische Verhalten der Verbundkomponenten „Fasern“ und „Matrix“ durch Linearfedern beschreiben lässt. 

Es ist eine Methode um mechanische Eigenschaften von den Komponenten eines Verbunds zu kombinieren und daraus eine globale betrachtung der Verbund zu haben.

 Lokale Effekte, wie z.B. der Einfluss der Fasergeometrie oder der Faseranordnung innerhalb einer Laminatschicht auf die mechanischen Eigenschaften, können dabei nicht berücksichtigt werden.

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Skizzieren Sie die Abhängigkeit des E-Moduls quer zur Faserrichtung vom Faservolumengehalt für die klassische Mischungsregel und das Halpin-Tsai Modell. Wo liegen entsprechende Versuchsergebnisse?

Steifigkeit reduziert sich mit dem steigenden Faservolumenanteil bei quer beanspruchte unidirectionale schichten.