Öffentliche Verteidigung der Doktorarbeit am ETSi

Datum: Mittwoch, 5. Juli 2023.

Uhrzeit: 17:00 Uhr

Ort: Professor Juan Larrañeta Room, Höhere Technische Schule für Ingenieurwesen der Universität Sevilla.

Der Doktorand Serafín Sánchez Carmona wird seine Dissertation mit dem Titel „Schadens- und Versagensmechanismen unter Ermüdung in Langfaserverbundwerkstoffen mit ultradünnen Lagen“ öffentlich verteidigen. Die Dissertation wurde von den Professoren Elena Correa Montoto und Alberto Barroso Caro und von Federico París Carballo vom Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik und Strukturtheorie der Höheren Technischen Schule für Ingenieurwesen der Universität Sevilla

Die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Verbundwerkstoffen ist aufgrund der nichtstatischen Belastungen, denen Strukturen im Betrieb ausgesetzt sind, von großem wissenschaftlichem Interesse. In den letzten Jahren hat die Entwicklung ultradünner Bleche mit Dicken von nur 15–20 µm besondere Bedeutung erlangt, nachdem eine physikalisch begründete Erklärung für den Skaleneffekt in Verbundwerkstoffen gefunden wurde.

Diese Arbeit präsentiert eine detaillierte experimentelle und numerische Untersuchung des Auftretens von Schäden in Kreuzlagenlaminaten aus langen Kohlenstofffasern und Epoxidharz unter zyklischer Zug-Zug-Belastung. Dabei wird die Dicke der 90°-Schicht (von 30 bis 150 g/m²) variiert, um zu analysieren, ob es einen Skaleneffekt bei der Ermüdung gibt.

Die umfangreichen experimentellen Arbeiten bestanden erstens in der Charakterisierung der mechanischen und thermischen Eigenschaften der verschiedenen verwendeten Prepregs sowie in der Analyse des Einflusses unterschiedlicher Herstellungs- und Prüfbedingungen auf die Ermüdungslebensdauer von unidirektionalen 90°-Laminaten aus konventionellem und ultradünnem Material; zweitens in der umfassenden mikroskopischen Beobachtung des Auftretens von Schäden in den verschiedenen Kreuzlagenlaminaten unter Ermüdung, wobei die Dicke der 90°-Schicht von ultradünn (30 g/m²) bis konventionell (größer als 120 g/m²) variiert wurde.

Das Auftreten eines ungewöhnlichen Versagensmechanismus, insbesondere der Längsdelamination unter Belastung, hat zu einer detaillierten numerischen Analyse des bekannten „Randeffekts“ bei ultradünnen Bauteilen geführt. Diese Analyse zeigt, dass am Rand der Proben selbst bei Vorliegen von Restspannungen aus der Aushärtung ein biaxialer Belastungszustand auftritt. Die Ergebnisse dieser numerischen Studie wurden durch 3D-Computertomographie bestätigt.

All dies hat zur Bestätigung der Existenz eines „Skaleneffekts“ bei der Ermüdung geführt, nachdem eine Verzögerung beim Auftreten der verschiedenen Versagensmechanismen bei Verwendung ultradünner Bleche im Vergleich zu denen in Verbundlaminaten mit Blechen herkömmlicher Dicke beobachtet wurde.