Strength and failure behaviour of carbon fibre reinforced plastics (CFRP)-aluminium seam structures

摘要

In modern lightweight structures different requirements for components occur. In many cases they cannot be fulfilled by a single material in an optimum way. Therefore, the use of different materials with different properties is desirable. The combination of CFRP (carbon fibre reinforced plastics) and aluminium alloys is promising for structural components with regard to lightweight design. The materials are joined conventionally by riveting or adhesive bonding. However, these joining methods lead to a weakened region in the load path and a bulky design. The researcher group "Schwarz-Silber" (FOR 1224), founded by the DFG (German Research-Foundation), investigates new interface structures for advanced carbon fibre reinforced plastics-aluminium compounds in five interdisciplinary projects. This paper deals with the strength and the failure behaviour of three differently manufactured carbon fibre reinforced plastics-aluminium seam structures under tensile loading. Due to the contact of the seam structures to the carbon fibre reinforced plastics as well as to the aluminium part each connection consists of two joining areas which may act as the weak point of the connection.%An die Komponenten moderner Leichtbaustrukturen werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, die in vielen Fällen jedoch von einem einzigen Werkstoff nicht optimal erfüllt werden können. Den Anforderungsprofilen wird durch den kombinierten Einsatz unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften begegnet. Die Kombination von CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) und Aluminiumlegierungen bietet für die Fertigung von Strukturkomponenten im Hinblick auf Leichtbau vielversprechende Möglichkeiten. Diese beiden Materialien werden konventionell durch Nieten oder Kleben miteinander verbunden. Jedoch führen diese Fügeverfahren zu geschwächten Bereichen im Lastpfad und einem klobigen Design. Die von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) geförderte Forschergruppe „Schwarz-Silber" (FOR1224) untersucht neuartige Übergangsstrukturen für fortschrittliche kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff-Aluminium-Verbindungen in fünf fachübergreifenden Projekten. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird über die Festigkeit und das Versagensverhalten von drei unterschiedlich gefertigten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-Aluminium-Verbindungen unter Zugbelastung berichtet. Aufgrund des Kontakts der Nahtstruktur zu dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff- und dem Aluminiumhalbzeug besitzt jede Probe zwei Fügezonen, welche die potenziellen Schwachpunkte der Verbindung darstellen.