Mowa schrieb:
Danke Hob für den Link zur akaflieg. Da stehen die Antworten zum Teil drin. Leider nicht, warum die Aramidfasern so Stoßfest sind. Thx.
[...]

Moin,

Disclaimer vorweg: Ich habe keine Ahnung von Kunststoffen und lese hier eigentlich nur interessiert mit. Damit ich aber was lerne, habe ich mal eben in meine Büchersammlung reingestöbert. Bei Klein, "Leichtbau-Konstruktion", findet sich dazu der Hinweis, dass die Bruchdehnung von Aramidfasern mit 4% (Niedrigmodulfaser) deutlich höher liegt als die von Kohlestofffaser mit 1,7%.

Himmel, ich rede mich um Kopf und Kragen! Egal; wenns sich als Unsinn herausstellt, gibts für mich ja immer noch den "Bearbeiten"-Button. Also bitte nicht zitieren.  :)

Gruß
ColaBear

ColaBear schrieb:

Mowa schrieb:
Danke Hob für den Link zur akaflieg. Da stehen die Antworten zum Teil drin. Leider nicht, warum die Aramidfasern so Stoßfest sind. Thx.
[...]

Moin,

Disclaimer vorweg: Ich habe keine Ahnung von Kunststoffen und lese hier eigentlich nur interessiert mit. Damit ich aber was lerne, habe ich mal eben in meine Büchersammlung reingestöbert. Bei Klein, "Leichtbau-Konstruktion", findet sich dazu der Hinweis, dass die Bruchdehnung von Aramidfasern mit 4% (Niedrigmodulfaser) deutlich höher liegt als die von Kohlestofffaser mit 1,7%.

Himmel, ich rede mich um Kopf und Kragen! Egal; wenns sich als Unsinn herausstellt, gibts für mich ja immer noch den "Bearbeiten"-Button. Also bitte nicht zitieren.  :)

Gruß
ColaBear

Hallo ColaBear,

Du redest Dich nicht um Kopf und Kragen, und Die Antwort hast Du Dir eigentlich schon selbst gegeben, indem Du die Bruchdehnung verglichen hast. Die liegt bei Aramid höher.
Blöderweise kann man die Werte von Kompositwerkstoffen nicht pauschalisieren. Das ist je nach Hersteller und Spezifikation unterschiedlich. Tendenz stimmt aber. Allerding gibt es hier auch immer neue Entwicklungen. Es soll mittlerweile Faserwerkstoffe mit sagenhaften Festigkeiten bis zu 7000N/mm^2 geben. Damit könnte man glatt eine Leiter in den Weltraum bauen :-)
Eine 8.8 Schraube bricht bei einer Zuglast von 800N/mm^2

Die Bruchdehnung ist ja die Längenänderung der Faser bis zum Bruch. Wenn sich Aramid also sozusagen länger Dehnen kann, kann mehr Energie abgebaut werden durch Verformung.
Nehmen wir mal ein Hagelkorn, was auf eine Steife aber dünne Fläche trift, wird es diese durchschlagen.
Ist die Fläche gleicher Festigkeit, mit größerer Dehnung, wird sie sich nur verformen und in Ihre Ausgangsform zurückkehren.

weiteres Beispiel hier mal mit Glas und Gummi: Die haben auf dem ersten Blick erst mal keine Gemeinsamkeiten.
Allerdings ist die Zugfestigkeit/Biegefestigkeit bei beiden Werkstoffen um 30N/mm^2
Was bricht eher, wenn man ein Hagelkorn drauf abschießt? und welcher Werkstoff hat die größere Bruchdehnung?
Ich hoffe das ist verständlich erklärt.

@Hob
bin kein Modellbauer, na ja früher, aber da noch mit Sperr- und Balsaholz :-), ist über 25 Jahre her.
habe beruflich mit der Materie zu tun, allerdings nur theoretisch, nicht Schwerpunktmäßig und auch nicht Luftfahrt.

Gruß, RGR

Klasse Erklärung RGR!  So schön erklärt habe ich das noch nirgendwo gelesen!
Was mich in dem Zusammenhang noch interessieren würde: Was bedeutet eigentlich dieses ominöse E-Modul?  
Wie ist das eigentlich bei den modernen Faserwerkstoffen bei Beanspruchung auf Druck? 
Nehmen wir an, wir hätten einen Doppel-T-Träger aus Kohlefaser und einen aus 8.8er Stahl. Abmessungen und Materialen wären exakt gleich stark.  Rein intuitiv würde ich sagen, dass die Kohlefaser auf der Zugseite wesentlich mehr aushält, als der Stahl-Doppelträger auf der Zugseite, aber bei der Druckseite kann ich mir eher das Gegenteil vorstellen. Ist meine Vorstellung richtig? Kann man das irgendwie erklären? 

Karl-Alfred_Roemer schrieb: Was bedeutet eigentlich dieses ominöse E-Modul?  
Wie ist das eigentlich bei den modernen Faserwerkstoffen bei Beanspruchung auf Druck? 
Nehmen wir an, wir hätten einen Doppel-T-Träger aus Kohlefaser und einen aus 8.8er Stahl. Abmessungen und Materialen wären exakt gleich stark.  Rein intuitiv würde ich sagen, dass die Kohlefaser auf der Zugseite wesentlich mehr aushält, als der Stahl-Doppelträger auf der Zugseite, aber bei der Druckseite kann ich mir eher das Gegenteil vorstellen. Ist meine Vorstellung richtig? Kann man das irgendwie erklären? 

http://de.wikipedia.org/wiki/Elastizit%C3%A4tsmodul

Danke Spitfire, habe in dem Link einen Hinweis gefunden, dass das E-Modul eng mit der Federkonstanten verwandt ist, (auf dem Link zur Federkonstanten ebenfalls beschrieben nur aus der anderen Sicht)  Damit ist mir diese Sache schon mal klar. 
Nun bleibt nur noch die Frage, wie es mit der Druckbelastbarkeit von Faserverbundwerkstoffen aussieht im Vergleich zu Metallen. Wenn dazu noch jemand etwas sagen könnte, wäre das ein toller Anfang für das Jahr 2012. :)

Hall, ein gesundes Neues Jahr an alle!

Karl-Alfred_Roemer schrieb:
Danke
Spitfire, habe in dem Link einen Hinweis gefunden, dass das E-Modul eng
mit der Federkonstanten verwandt ist, (auf dem Link zur Federkonstanten
ebenfalls beschrieben nur aus der anderen Sicht)  Damit ist mir diese
Sache schon mal klar. 
Nun bleibt nur noch die Frage, wie es mit der
Druckbelastbarkeit von Faserverbundwerkstoffen aussieht im Vergleich zu
Metallen. Wenn dazu noch jemand etwas sagen könnte, wäre das ein toller
Anfang für das Jahr 2012. :)

Hob hatte den Link ja bereits gepostet, unter http://www.swiss-composite.ch/pdf/i-Werkstoffdaten.pdf  findet man recht gute Vergleichsdaten zwischen verschiedenen Faserverbundwerkstoffen und Metallen.

Das mit dem Verhältnis von Zug und Druckfestigkeit ist auch bei metallischen Werkstoffen teilweise sehr vielgestaltig. Häufig liegen beide Werte nicht weit auseinander. Meistens ist die Zugfestigkeit auch hier höher . Andere Metallwerkstoffe haben deutlich höhere Druck- als Zugfestigkeit (bei dem guten alten Gußeisen z.B. rund 4 mal so hoch). Wenn man sich ein ordentlich gestaltetes Teil einmal anschaut, erkennt man möglicherweise, für welchen Werkstoff es ausgelegt wurde. Ob zum Beispiel Verstärkungsrippen auf Zug- oder Druck belastet werden...

Bei den Faserverbundwerkstoffen hängen die Festigeigenschafte maßgeblich von der Verarbeitung ab. Aber das steht ja alles viel besser in den verlinkten Dokumenten.

Und noch eins noch einmal: E-Modul und die (Zug-) Festigkeit haben zwar die gleiche Einheit (MPa), aber haben erst einmal nicht direkt etwas miteinander zu tun. Der E-Modul beschreibt wie sehr sich der Werkstoff unter Last dehnt. Die Festigkeit beschreibt, bei welcher Last der Werkstoff versagt.

Tobias

Hallo, wünsche auch allen ein gutes Neues und vor allem bruchfreie Saison!



@ Karl Alfred, anbei ein Link zur TU Darmstad
http://www.klub.tu-darmstadt.de/forschungsbericht/downloads_3/downloads_3.de.jsp
Alfred Puck_Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten zum Download

Auch der Film zu GFK ist sehr anschaulich, wenn auch alt.
Zeigt aber sehr gut die Unterschiede zu Isotropen Werkstoffen wie Stahl oder Alu. die sich unter verschiedenen Belastungsrichtungen gleich verhalten.  

@Tobias,
Der E-Modul hat natürlich schon einen mathematischen Zusammenhang mit der Festigkeit eines Werkstoffs.
Bei einem Werkstoff wie z.B. Stahl beschreibt der E-Modul die Steigung der Hookeschen Geraden aus Streckgrenze / Längenänderung* Ursprungslänge oder Streckgrenze / Dehnung

Die Hookeschen Geraden zeigt das Verhalten eines Werkstoffs im elastischen Bereich des Spannungs-Dehnungsdiagramms.  
nicht zu verwechseln mit der Bruchdehnung.


Gruß, RGR   

RGR schrieb:
 

@Tobias,
Der E-Modul hat natürlich schon einen mathematischen Zusammenhang mit der Festigkeit eines Werkstoffs.
Bei einem Werkstoff wie z.B. Stahl beschreibt der E-Modul die Steigung der Hookeschen Geraden aus Streckgrenze / Längenänderung* Ursprungslänge oder Streckgrenze / Dehnung

Die Hookeschen Geraden zeigt das Verhalten eines Werkstoffs im elastischen Bereich des Spannungs-Dehnungsdiagramms.  
nicht zu verwechseln mit der Bruchdehnung.

Hallo,

der E-Modul beschreibt die Steigung der Hookeschen Geraden. Den Punkt, an dem die Gerade dann "oben aufhört" (Streckgrenze, oder (Zug-)Festigkeit) verrät einem der E-Modul aber nicht.

Einen mathematischen Zusammenhang gibt es natürlich, da geht dann aber z.B. die Bruchdehnung mit ein, und die ist wieder materialabhängig. Gleicher E-Modul bedeutet deshalb eben nicht gleiche Festigkeit ...

Ich hatte "Festigkeit" absichtlich etwas vage gelassen, zum Einen, weil die Hookesche Gerade eben nur bis zur Streckgrenze gilt, und manche Werkstoffe eben keine wirkliche Streckgrenze haben. Und zum anderen, weil der gleiche Zusammenhang nicht nur für den Fall "Zug" (der E-Modul den man in den Werkstoffdaten findet, ist in den meisten Fällen der Zugmodul) sondern auch für den Fall "Druck" oder "Schub" gilt. Dann aber beim gleichen Werkstoff mit anderen Zahlenwerten und manchmal auch mit einem etwas anderen Verhalten um die Streckgrenze herum)
 
Tobias  

Danke Tobi, RGR und HOB für eure sehr guten Erklärungen und die hervorragenden Links.  Ich denke alle meine Fragen sind (vorläufig) beantwortet. 
Ist schon eine Gemeinheit, dass das E-Modul die gleiche Einheit wie der Druck hat.  Hat mich ein bisschen aufs Glatteis geführt.  

@ Tobias

der E-Modul beschreibt die Steigung der Hookeschen
Geraden. Den Punkt, an dem die Gerade dann "oben aufhört" (Streckgrenze,
oder (Zug-)Festigkeit) verrät einem der E-Modul aber nicht.

Einen
mathematischen Zusammenhang gibt es natürlich, da geht dann aber z.B.
die Bruchdehnung mit ein, und die ist wieder materialabhängig. Gleicher
E-Modul bedeutet deshalb eben nicht gleiche Festigkeit ...

Die Streckgrenze und E-Modul wird bei einem neuen Werkstoff durch eine Zugprobe ja erst so definiert. in der Regel wird dazu ein Zugkörper mit genormten Querschnitt erstellt. Dieser wird dann bis zur Streckgrenze gezogen. bis dahin ist das Verhalten bei z.B. Stählen linear (Hookesche Gerade).
Da man den Querschnitt, Ursprungslänge und Zugkraft kennt, kann man den E-Modul aus der Längenänderung bestimmen, oder danach umgekehrt die Streckgrenze errechnen.
Erst ab der Streckgrenze beginnt die plastische Verformung. Hier gilt der E-Modul nicht mehr, weil in der Regel nicht mehr Linear. Dies gilt für alle Werkstoffe mit linear-elastischen Verhalten bis zur Streckgrenze und nicht linear plastischen Verhalten bis zum Bruch. (Stahl, Alu...)
Die Bruchdehnung spielt für die Bestimmung des E-Moduls bei og. Werkstoffen keine Rolle. 
Aus dem Zuammenhang muß ein gleicher E-Modul natürlich nicht die gleichen Festigkeitswerte ergeben, Weil ja auch aus zwei Parametern (Streckgrenze und Dehnung) bestehend. Wurde auch nicht behauptet.

Die gesamte Längenänderung eines Werkstoffs bis zum Bruch ist die Bruchdehnung!

Bei Faserverstärkten Kunststoffen gibt es nur die Bruchdehnung. Dieser Wert ist bis zum Versagen in Unidirektionaler Richtung der Fasern nahezu linear. Daher gilt der E-Modul hier bis zum Bruch. Berechnung hier Bruchlast/Dehnung
In senkrechter Richtung zur Faser oder auch in Schubrichtung vehält sich das ganze leider wieder nicht linear, weil es hier früher zu Zwischenfaserbruch und in Folge zu Delamination kommt. Es gilt hier auch ein anderer E- Modul.
Dies kann wieder kompensiert werden durch Anpassung der Faserausrichtung (Bidirektionale Ausrichtung der einzelnen Lagen) wird aber erkauft durch eine Reduzierung der Festigkeit in Hauptfaserrichtung.
Das beschriebene Verhalten von Faserverstärkten Kunststoffen (Anisotropie) macht es auch so schwierig die entsprechenden Bauteile auszulegen. Hier gilt allerding, je weniger komplex die Lasteinleitung ist, desto einfacher die Auslegung.

Gruß, RGR