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Prinzip des Tailored Fiber Placements

Ein besonderes Merkmal von endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen sind ihre anisotropen Eigenschaften. Nur entlang der Faserrichtung liegen die maximalen mechanischen Eigenschaften vor. Schon kleine Unterschiede zwischen Faser- und Hauptspannungsorientierungen reduzieren die Tragfähigkeit enorm. Konstrukteure versuchen daher, die Fasern so anzuordnen, dass sie dem Spannungsfeld im Verbundbauteil folgen, was unter dem Begriff "maßgeschneidertes Material" verstanden werden kann.

Mit analytischen und numerischen Berechnungsmethoden können die Spannungen in Bauteilen qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Das Beispiel zeigt die berechnete Spannungsverteilung in einer torsionsbelasteten Scheibe. Die FE-Analyse erzeugt ein Orientierungsdiagramm der Hauptspannungen. Die Richtungsdarstellung zeigt eine spannungsfeldgerechte Faserausrichtung entlang der beiden eingezeichneten Krümmungsmuster, die sich in einem Winkel von 90° schneiden. Eine solche Spannungsfeldausrichtung der Fasern führt dazu, dass die Fasern über die gesamte Scheibenfläche abwechselnd unter +45° und -45° angeordnet sind. Mit herkömmlichen Halbzeugen, wie Geweben, multiaxialen Gewirken und Geflechten ist eine vergleichbare Faserorientierung nur bedingt möglich. Bei herkömmlichen Halbzeugen wie Geweben, multiaxialen Gewirken und Geflechten ist dies nur bedingt möglich.