Mikromechanische Analyse von Eigenspannungen in direktgefügten kohlenstofffaserverstärkten Kunststof

Eigenspannungen in direktgefügten Werkstoffverbunden aus Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz reduzieren die Grenzschicht- und Verbundfestigkeit und sind somit für die Festigkeitsbeurteilung von Strukturen zwingend zu berücksichtigen. Zur ganzheitlichen Beschreibung von Eigenspannungen wird in der vorliegenden Arbeit ein thermo-chemo-mechanisches Konstitutivmodell für die skalenübergreifende Bewertung von Eigenspannungsverteilungen vorgestellt. Die Analyse von repräsentativen Einheitszellen mit regulärer und stochastischer Verteilung von Fasern liefert in diesem Zusammenhang Informationen über die zugehörigen Deformations- und Spannungsfelder. Die Dehomogenisierung an makroskopisch hochbelasteten Bereichen, die durch lokale Spannungsüberhöhungen gekennzeichnet sind, zeigt die Auswirkung der gradientenbehafteten Deformation in der Mikrostruktur. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit ist die Entwicklung FFT-basierter Galerkin-Methoden, die es erstmalig erlauben, eine Bewertung der Auswirkung von Defektdichte, Heterogenität und Morphologie auf die Anwendbarkeit der inkrementellen Bohrlochmethode vorzunehmen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die inkrementelle Bohrlochmethode insbesondere auf an der Oberfläche verlaufende Defekte sensitiv reagiert.