SiC- and carbon-fibre-reinforced glass under alternating bending stress loadings

Abstract

Alternating bending stress experiments are described which were performed with various fibre/DURAN-glass composites reinforced by Nicalon NL 202 SiC fibres and by two different types of carbon fibres, a high-tensile strength (ht) and a high-modulus (hm) fibre. Also the influence of unidirectionally homogeneous and inhomogeneous fibre distribution as well as the bidirectional 0°/90° ply distribution are studied. In contrast to previously investigated strain-controlled experiments the present stress-controlled experiments show after the pretreatment of 1000 alternating tensile-compressive stress cycles fatigue (beginning damage) already at amplitudes below the limit of pure elasticity (below bendover stress) of a simple bending-load experiment. Despite of this difference the "training effect" of the previous investigation, the increase of the bendover stress with increasing stress amphtude after 1000 alternating-load cycles, is found to be similar and can be established also for the present experiments. The carbon-fibre-reinforced composites show a better tolerance of damage due to their smaller fibre diameters than the SiC-fibre-reinforced composites.

Wechselbiegespannungsexperimente werden an faserverstärkten DURAN-Glas-Verbunden durchgeführt, wobei Nicalon NL 202-SiC-Fasern und zwei verschiedene Kohlenstoffasern, eine hochfeste Faser (ht) und eine Hochmodulfaser (hm), zur Anwendung kommen. Es werden sowohl der Einfluß von Verbundwerkstoffen mit homogener und inhomogener unidirektionaler Faserverteilung als auch der von Verbundwerkstoffen mit bidirektionaler 0°/90°-Schichtenfolge untersucht. Im Gegensatz zu vorangegangenen wegegesteuerten Experimenten zeigen die vorliegenden spannungsgesteuerten Versuche nach einer Vorbehandlung von 1000 Zug-Druck-Wechsellastzyklen Ermüdung (beginnende Schädigung) bereits bei Lastamplituden unterhalb der Elastizitätsgrenze der nicht vorbelasteten Proben (unterhalb der Bendover- oder Knickspannung). Trotz dieses Unterschiedes wird auch hier der „Trainingseffekt" der vorangegangenen (wegegesteuerten) Untersuchung gefunden, d. h. ein Anstieg der Knickspannung mit zunehmender Spannungsamplitude nach 1000 Wechsellastzyklen. Die kohlenstoffaserverstärkten Verbundkörper zeigen generell eine bessere Schädigungstoleranz auf Grund ihrer kleineren Durchmesser als die mit SiC-Fasern verstärkten Verbundkörper.