Bruchmechanische Kennwertermittlung an Polymethacrylimid-Hartschäumen

Die untersuchten Polymethacrylimid (PMI)-Hartschäume werden als Sandwichkernmaterialien für Strukturbauteile in Flügel- und Rumpfstrukturen von Kleinflugzeugen, Hubschrauberrotorblättern, im Schiffsbau in Rumpf und Aufbauten, für Satellitenbauteile, Windrotorblätter, sowie für Fahrradrahmen, Felgen und Tennisschläger verwendet [1]. In dieser Arbeit wurden die Hartschäume in Hinblick auf eine Anwendung als Kernmaterialien für Sandwichstrukturen mit kohlenstofffaserverstärkten Deckschichten im Einsatz als schadenstolerante Primärstruktur in der Luftfahrt bewertet. Bei der Charakterisierung der Interface-Bruchzähigkeit kommt den Eigenschaften des Hartschaumkerns im Sandwichverbund eine Schlüsselrolle zu. Die Größe der Schaumporen entscheidet über die Aufnahme des Harzes und somit über die Qualität der Anbindung. Das Harzaufnahmevermögen hat dabei einen entscheidenden Einfluss auf das Gesamtgewicht. Bei möglichst geringem Gewicht soll eine ausreichend gute Anbindung erreicht werden. Die Bewertung des gesamten Sandwichverbundes fordert zunächst die Charakterisierung der Einzelkomponenten. Ziel dieser Arbeit war es den Hartschaum bezüglich seiner bruchmechanischen Kennwerte zu beurteilen um für die ermittelte Interface-Bruchzähigkeit am CFK-Schaum-Sandwich aussagesichere Vergleichswerte zu haben. Für die Untersuchungen am Hartschaum wurde die 3-Punkt-Biegung am Single Edge Notched Bend (SENB)-Prüfkörper zur Bestimmung der Bruchzähigkeit KIC bei Mode I Beanspruchung gewählt. Um die analytisch bestimmten Spannungsintensitätsfaktoren abzusichern ist zum Experiment ein Finte-Elemente (FE)-Modell erstellt wurden. Die Methode des virtuellen Rissschließungsintegrales (VCCI) wurde genutzt um den Spannungsintensitätsfaktor numerisch zu ermitteln. Unter Mixed Mode I/ Mode II Bedingungen wurden am Compact Tension Shear (CTS)-Prüfkörper die Spannungsintensitätsfaktoren KI und KII, sowie die Modenverhältnisse für unterschiedliche Belastungswinkel ermittelt