Faserverbundstoffe: Simulation von Klebeverbindungen ausgezeichnet »Best Paper Award« für Prof. Laura de Lorenzis und Dr. Pietro Carrara

Prof. Laura de Lorenzis und Dr. Pietro Carrara vom Institut für Angewandte Mechanik der Technischen Universität Braunschweig wurden im Rahmen der „CICE 2014“-Konferenz in Vancouver/Kanada mit dem „Best Paper Award“ ausgezeichnet. Im Mittelpunkt des Braunschweiger Beitrages standen Klebeverbindungen von kohlefaser-verstärkten Verbundstoffen und deren Ablöseverhalten sowie ein neues Modell zur Simulation dieser komplexen mechanischen Vorgänge.

Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen ist nicht nur beim Leichtbau in der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie von Bedeutung: Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Bauingenieurwesens beschäftigen sich mit den komplexen Werkstoffen. Dies geschieht auch am Institut für Angewandte Mechanik der TU Braunschweig, wo sich Prof. Laura de Lorenzis und ihr Team unter anderem mit dem Verhalten von kohlefaser-verstärkten Verbundstoffen auseinandersetzen.

Bei diesen speziellen Werkstoffen werden Kohlenstofffasern in Kunststoff eingebettet, um spezielle Eigenschaften hervorzubringen. Bei geringem Gewicht sollen sie vor allem belastbar und gut zu verarbeiten sein. So kann das Material beispielweise zehnmal stärker als Stahl sein. Unter anderem können Brücken oder Gebäude mit hauchdünnen Schichten des Verbundstoffes von nur 0,1 Millimeter Dicke verstärkt werden. „Eine Technik, die sich in den letzten 20 Jahren in Europa und in den USA verbreitet hat und uns trotzdem viele spannende Fragen zur optimalen Nutzung und Zuverlässigkeit offen lässt“, erklärt Prof. Laura de Lorenzis.

Die häufigste Fehlerquelle seien beispielweise Risse, die an der Grenzfläche zwischen den so genannten CFK-Verstärkungen und dem Bauteil entstehen, erläutert Prof. de Lorenzis. Ein besseres Verständnis von der Entstehung dieser Risse und ihre Ausbreitung sowie eine daraus entstehende Ablösung des Werkstoffes, könnten dabei helfen, die Verbundstoffe effizienter und zuverlässiger einzusetzen, so die Professorin weiter. Im Mittelpunkt des Beitrages, der neben zwei weiteren aus über 300 Vorschlägen ausgewählt wurde, standen daher CFK-Verstärkungen, wie sie an großen Bauwerken zum Einsatzkommen. „Diese baulichen Strukturen unterliegen nicht nur einer dauerhaften, sondern auch einer zyklischen Belastung, wenn zum Beispiel ein LKW eine Brücke passiert“, erklärt de Lorenzis. In solchen Situationen könnten bleibende Schäden in den Faserverbundwerkstoffen entstehen, die so genannte Materialermüdung. „Eine Einschätzung der Ermüdungsbeständigkeit wird meist experimentell vorgenommen. Unser Modell kann nun ziemlich genau simulieren, was die Experimente ergeben. Das erlaubt uns einerseits, teure und dauerhafte Experimente zu sparen, und andererseits zu einem tieferen Verständnis der Phänomene zu gelingen“, erläutert die Professorin für angewandte Mechanik. Und dass die Mechanik-Expertin und ihr Mitarbeiter das Ablöseverhalten mit ihrem Ansatz auch korrekt simulieren, konnten sie mithilfe von experimentellen Daten aus der Literatur sowie durch übereinstimmender Vorhersage des Modells erfolgreich dokumentieren und wurde nicht zuletzt auch von der Fachjury mit dem „Best Paper Award“ honoriert.

CICE-Konferenz und Publikation
Die „International Conference on FRP Composites in Civil Engineering“ (CICE) wird alle zwei Jahre vom “International Institute for FRP in Construction” (IIFC) veranstaltet. Dabei handelt es sich um einen Fachkongress der internationalen Organisation zur Erforschung von Faserverbundwerkstoffen im Bauingenieurwesen. Ziel der Vereinigung ist es, das Verständnis und die Anwendung von CFK-Verbundstoffen durch qualifizierte Studien zu fördern. Die siebte CICE-Konferenz fand vom 20. bis 22. August in Vancouver/Kanada statt und versammelte mehr als 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen. Die als beste Veröffentlichung prämierte Publikation ist unter dem Titel „P. Carrara und L. De Lorenzis: Cyclic interface behavior of external composite reinforcements: a coupled damage-plasticity model“ verzeichnet.

Weitere Informationen: www.cice2014.ca/

Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Laura de Lorenzis
Dr.-Ing. Pietro Carrara
Institut für Angewandte Mechanik
Technische Universität Braunschweig
Bienroder Weg 87
38106 Braunschweig
Tel: +49 531 391 94350
Email: l.delorenzis@tu-braunschweig.de
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