Gewebte Verbundwerkstoffe

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In einer gewebten Lage haben Mikrorisse der Matrixtasche bei Dauerbelastung eine sehr unbedeutende Auswirkung auf die lasttragende Reaktion der Lage [22-24]. Daher werden Ausfälle durch Mikrorisse in der Matrixtasche vernachlässigt, weil sie keine wichtige Rolle im Ermüdungprozess gewebter Lagen spielen.

Es wird angenommen, dass Meta-Delaminierungen eine deutlich feststellbare Auswirkung auf die Materialhysterese durch Reibungseffekte zwischen einander abnutzenden Garnen während einer Ermüdungsbelastung [25-26] haben. Des Weiteren wird angenommen, dass diese Delaminierungen die Fähigkeit besitzen, die Garne zu trennen, was eine Neuverteilung der Spannung während der Ermüdungsbelastung ermöglicht. Aus Gründen der Einfachheit werden die Auswirkungen der Meta-Delaminierungen auf die Lösung der Ermüdungsanalyse fürs Erste vernachlässigt. Außerdem wird davon ausgegangen, dass das endgültige Versagen der gewebten Mikrostruktur durch Matrixrisse lotrecht zu den Fasern ausgelöst wird. Sobald die Matrix innerhalb des Garnbündels versagt, versagt umgehend auch das Garn.

Die oben aufgeführten Annahmen, die eine idealisierte Darstellung des Ermüdungsversagens ermöglichen sollen, können jetzt als eine Folge der folgenden Ereignisse formuliert werden:

1. Querrisse in der Matrixkonstituente innerhalb von Bündeln durch Dauerbelastung
2. Längsrisse in der Matrixkonstituenten durch Dauerbelastung und daraus resultierendes Faserversagen

Zu beachten ist außerdem, dass experimentelle Daten selten den Beginn von transversalen Rissen in Bündeln aufgrund von Dauerbelastungen anzeigen. Die einzigen Informationen, die gemeldet werden, sind die Zyklen bis zum Versagen unter den Bedingungen des angewendeten Spannungsniveaus. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass nur Längsrisse zum endgültigen Ermüdungsversagen von Leinwandbindungsmaterialien beitragen. Dies mag eine grobe Vereinfachung sein, doch gewebte Verbundmaterialien sind für Querrisse innerhalb der Bündel ausgelegt. Die Architektur des Garns ermöglicht eine "Faser"-Reaktion in einer beliebigen Ebenenrichtung der Lage.

Axial

Jede Belastung in der Ebene einer Leinwandbindungslage führt zu einem schwerwiegenden Versagen durch Faserbruch. Wir haben bereits festgestellt, dass endgültiges Versagen bei Dauerbelastung aufgrund von Längsrissen von Rissen in der Matrixkonstituenten stammt, welche die Fasern überbrücken. Kurz nach dem Auftreten der Längsrisse versagen die Fasern aufgrund der großen Anzahl von Spannungskonzentrationen innerhalb der Faserkonstituente.

Theoretisch lässt sich die für unidirektionale Materialien entwickelte axiale effektive Spannung auch auf die gewebte Mikrostruktur anwenden. Jedoch führt die Verwendung der auf der vorhergehenden Seite dargestellten, über das Volumen gemittelten Spannungen zum "Herausfiltern" von selbstausgleichenden Spannungen. Für ein Leinwandbindungsverbundmaterial bedeutet dies, dass eine reine Scherbelastung dazu führt, dass nur die Scherungskomponente der Spannung in der Matrixkonstituenten auftaucht, da die anderen Spannungskomponenten selbstausgleichend sind. Eine reine Scherbelastung würde keine effektive Spannung für ein endgültiges Ermüdungsversagen bewirken, obwohl reine Scherbelastungen nachweislich zu einem Ermüdungsversagen von gewebten Lagen führen können [22]. Daher ändern wir die Gleichung 44 für Leinwandbindungsverbundwerkstoffe wie folgt:

dabei gilt:

Gleichung 47 kann wie folgt geändert werden, um einen Ausfallindex statt einer effektiven Spannung zu produzieren:

Die Werte für A i werden mithilfe von drei Tests für statisches Verbundmaterial-Versagen ermittelt: längsseitige Spannung, längsseitiger Druck und Scherung in der Ebene. Die in Gleichung 47 angeführten Ausfallkriterien wurden anhand von experimentellen Daten überprüft. Die Ergebnisse sind in der Grafik unten als "Predicted Ultimate" zu sehen.