Untersuchung der Schadensausbreitung an dynamisch be- lastetem CFK mittels zerstörungsfreier Prüfung - Hauke Ziehm (Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg, 2011)
Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Impacts auf CFK-Laminate. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf dem Flugzeugbau und der zerstörungsfreien Schadensdetekti- on. Zu Beginn der Arbeit wird gezeigt, dass Impacts am Flugzeug vor allem am Rumpf entste- hen. Besonders die Türbereiche sind betroffen, weil es dort häufig zum Zusammenstoß mit Bodenfahrzeugen oder Fluggasttreppen kommt. Die entstandenen Schäden lassen sich in zwei Kategorien einteilen: kaum sichtbar (barely visible Impact Damage, BVID) und sichtbar (vi- sible Impact Damage, VID). Auf dieser Zuordnung basiert ebenfalls eine von der FAA und EASA erarbeitete Schadensklassifizierung in fünf Kategorien. Je nach Größe und Erkennbar- keit der Schäden müssen Bauteile in der Lage sein, bestimmte Lasten zu tragen. Die Ausle- gungsphilosophien der Hersteller orientieren sich an dieser Klassifizierung. Im Experimentalteil werden Proben aus einem Multiaxialgelege (MAG) aus Kohlenstofffasern hergestellt. Die Laminate besitzen den Aufbau [0, -45, 90, 45]as und sind 2mm dick und 50mm breit. Die Fertigung der Proben erfolgt im Vakuum Assisted Resin Transfer Molding- Verfahren (VARTM). Es werden ferner eine Referenz-Wöhlerkurve unter Zugschwelllast an- gefertigt und vorermüdete Probekörper mit einem Impact von 31J Energie versehen. Im An- schluss an die Impact-Einbringung wird die Schadensgröße anhand von Ultraschall- und Thermografie-Aufnahmen ermittelt und die Proben werden bis zum Versagen zyklisch bela- stet. Während der Nachermüdung werden in bestimmten Intervallen Thermografie- Aufnahmen erstellt und somit das Schadenswachstum protokolliert. Die Auswertung der Aufnahmen ergibt, dass es zu keinem Schadenswachstum gekommen ist. Auch die Wöhler- kurve der Impact-Serie zeigte nur leichte Abweichungen zur Wöhlerkurve der Referenz-Serie. Das lässt den Schluss zu, dass der Impact keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Lebensdauer der unter Zugschwelllast ermüdeten Proben hatte. Am Ende werden die beiden verwendeten zerstörungsfreien Prüfverfahren Ultraschall und Thermografie miteinander verglichen. Es zeigt sich, dass die Thermografie-Prüfung für die schnelle und zuverlässige Detektion von Schäden in CFK-Bauteilen aus dem verwendeten MAG-Material nur bedingt geeignet ist. Der Grund ist eine geringe Tiefenreichweite (1mm). Das wesentlich zeitaufwendigere Ultraschall-Verfahren liefert einen guten Aufschluss über Form, Ausdehnung und Tiefe einer Delamination.
Keywords: Impact; Barely Visible Impact Damage; VARTM-Verfahren