Herstellung, Prüfung und Modellierung neuartiger hybrider Aluminiumschaum-CFK-Sandwichverbunde

In dieser Arbeit wurden Sandwichverbunde mit CFK-Deckschichten und
Aluminiumschaum-Kernen hergestellt, charakterisiert und modelliert.
Die Herstellung erfolgte mittels Polyurethan-Sprühprozess, welcher die
Deckschichtherstellung und das Verkleben der Deckschichten mit dem Kern
in einem Schritt integriert. Es wurden vier Parameter der Sandwichkonfiguration
variiert: Der Fasergehalt, der Faser-Textiltyp, die Polyurethanmenge,
sowie die Struktur des Aluminiumschaumkerns.
Der spezielle Aufbau der Deckschicht und der Grenzfläche zum Kern, verbunden
mit dem hybriden Aufbau des Verbunds, bewirkt besondere mechanische
Eigenschaften. Insbesondere wurden für die Charakterisierung mechanische
Kennwerte aus quasistatischen und dynamischen Prüfverfahren
ermittelt, unter Berücksichtigung der Mikrostruktur und des Verformungsverhaltens
auf Basis von computertomographischen Aufnahmen.
Die ermittelten mechanischen Kenndaten wurden in analytischen Modellen
abgebildet. Mit den Werten der Sandwichkomponenten wurde die massespezifische
Biegesteifigkeit des Verbunds, sowie das Versagensverhalten
mittels Failure Mode Maps modelliert. Die zugrunde liegenden Gleichungen
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der kritischen Kräfte wurden jeweils auf die untersuchten Sandwichverbunde
angepasst. Im dynamischen Lastfall wurden durch ein Energy-Balance-
Modell die im Impactversuch auftretenden Maximalkräfte extrapoliert. Das
beobachtete Verhalten der Sandwichverbunde konnte in jedem untersuchten
Lastfall mit den variierten Sandwichkomponenten in Zusammenhang
gebracht werden. Hierbei zeigt das Deckschicht-Fasergewicht maßgeblichen
Einfluss auf die Biegesteifigkeit, während die Kernstruktur hauptsächlich die
Dichte und das Verformungsverhalten unter dynamischer Last bestimmt.