M4 Verstärkungsmechanismen

Thema

Bei der Rissausbreitung in diesem Faserverbundwerkstoff treten zwei für diesen Materialtyp einzigartige Energiedissipationsmechanismen auf, die in einer unverstärkten Matrix nicht existieren: Faserauszug und Faserüberbrückung. Da beide Mechanismen von der Anwesenheit von Fasern in der Matrix abhängen, können sie in einem nicht faserverstärkten Material nicht auftreten. Zunächst betrachten wir den Faserauszug.

Faserauszug tritt auf, wenn sich der Riss durch die Matrix ausbreitet und dabei Fasern zurücklässt, die sich bereits von ihr gelöst haben, aber in ihren eigenen Hohlräumen eingebettet bleiben. Mit fortschreitender Rissausbreitung werden diese Fasern aus ihren Hohlräumen herausgezogen, und die Reibung zwischen der Faseroberfläche und der umgebenden Matrix dissipiert dabei Energie. Diese Reibung dissipiert Energie während des Auszugs, was dem Verbundwerkstoff seine Auszugsfestigkeit verleiht.

Faserüberbrückung hingegen tritt auf, wenn eine Faser den Riss überspannt und weiterhin beidseitig mit der Matrix verbunden ist, anstatt sich wie beim Faserauszug bereits von ihr gelöst zu haben. Während sich der Riss weiter ausbreitet, trägt diese Faser weiterhin die Last quer zum Riss und verhindert so ein weiteres Auseinanderweichen der beiden Rissflächen. Die Tatsache, dass diese Faser auch bei zunehmender Rissausbreitung weiterhin Last trägt, bedeutet, dass die Faserbrückenbildung ebenfalls Energie dissipiert und in diesem Fall zur Brückenzähigkeit des Verbundwerkstoffs beiträgt.

Da Faserauszug und Faserbrückenbildung Energie durch unterschiedliche Mechanismen und annähernd unabhängig voneinander dissipieren, werden Auszugszähigkeit und Brückenzähigkeit annähernd addiert, um die Gesamtzähigkeit des Verbundwerkstoffs zu bestimmen. Diese Gesamtzähigkeit des Verbundwerkstoffs, die die Beiträge beider Mechanismen kombiniert, übertrifft die Zähigkeit der Matrix allein, ohne Faserverstärkung durch Faserauszug oder Faserbrückenbildung, bei Weitem.

Daher wird dieses Modell mit seinen Faserauszugs- und Faserbrückenmustern durch ein weiteres Modell dieser Gruppe verifiziert, das die fraktografische Analyse der Bruchfläche beschreibt. Die Tatsache, dass dieses Modell auf derselben Oberfläche direkt den von diesem Modell beschriebenen Faserauszug identifiziert, erlaubt es ihm auch, in den Fasern, die den Riss überqueren, bevor sie brechen oder vollständig herausgezogen werden, Hinweise auf die von diesem Modell beschriebene Faserüberbrückung zu erkennen.

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