E2 Verstärkungsarchitektur

Thema

Die Verstärkung in diesem Verbundwerkstoff kann geometrisch unterschiedlich angeordnet sein. Diese Art der Verstärkungsarchitektur – durchgehend, kurz oder laminiert – bestimmt in diesem Modell den Orientierungseffizienzfaktor, der durch den Krenchel-Faktor beschrieben wird. Da die Verstärkungsfasern durchgehend und ausgerichtet angeordnet sind, anstatt in kurzen, verteilten Abschnitten oder in Schichten mit unterschiedlicher Ausrichtung, bestimmt diese Architektur von vornherein, wie effizient die Verstärkung ihre Steifigkeit in einer gegebenen Lastrichtung überträgt.

Dieser Orientierungseffizienzfaktor quantifiziert präzise, ​​welcher Anteil der Steifigkeit, die jede einzelne Faser bei perfekter Ausrichtung zur Lastrichtung beitragen würde, tatsächlich genutzt wird, abhängig von ihrer Ausrichtung innerhalb der Verstärkungsarchitektur. Bei exakter Ausrichtung der Fasern zur Lastrichtung erreicht dieser Orientierungseffizienzfaktor seinen Maximalwert; bei zufälliger Ausrichtung oder Winkelung der Fasern zur Lastrichtung ist er niedriger.

Dieser Orientierungseffizienzfaktor bestimmt wiederum den effektiven Faseranteil in Lastrichtung: den Faseranteil, der nach Berücksichtigung der durch die Verstärkungsarchitektur bedingten Ineffizienz tatsächlich zur Verstärkung des Verbundwerkstoffs in dieser Richtung beiträgt. Ein höherer Orientierungseffizienzfaktor führt dazu, dass sich dieser effektive Faseranteil dem nominellen Faseranteil des Verbundwerkstoffs annähert; ein niedrigerer Orientierungseffizienzfaktor führt dazu, dass dieser effektive Faseranteil deutlich darunter liegt.

Dieser effektive Faseranteil in Lastrichtung bestimmt letztendlich den Elastizitätsmodul des quasi-isotropen Laminats – eines Laminats, das mit ausreichend unterschiedlichen Faserorientierungen gestapelt ist, sodass seine Eigenschaften in der Ebene denen eines isotropen Materials ähneln, obwohl jede einzelne Schicht anisotrop bleibt. Ein höherer effektiver Faseranteil führt zu einem höheren Elastizitätsmodul dieses quasi-isotropen Laminats; ein niedrigerer effektiver Faseranteil führt zu einem niedrigeren Elastizitätsmodul.

Dieser effektive Faseranteil in Lastrichtung bestimmt letztendlich den Elastizitätsmodul des quasi-isotropen Laminats. Daher moduliert dieses Modell mit seiner anfänglichen Verstärkungsarchitektur den Eigenschaftstransfer, der von einem anderen Modell in diesem Satz verwendet wird, nämlich dem Modell, das die effektiven elastischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs beschreibt. Die Tatsache, dass die intrinsischen Eigenschaften der Matrix und der Verstärkung, die bereits in einem anderen Modell innerhalb dieses Satzes ermittelt wurden, nicht direkt auf diese effektiven elastischen Eigenschaften übertragen werden, bedeutet, dass sie zuerst durch den Orientierungseffizienzfaktor und den effektiven Faseranteil gefiltert werden müssen, den dieses Modell auf der Grundlage der Verstärkungsarchitektur bestimmt.

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