Eine Grundcharakterisierung des mechanischen Verhaltens von Organosandwich-Halbzeugen mit ThermHex Wabenkernen und 2-lagigen cross ply Decklagen aus UD-Tape-Einzellagen (PP-GF) erfolgte anhand von Out-of-plane Druck- und Schubversuchen sowie Biegeversuchen mit Probekörpern, die aus ebenen Sandwich-Platten entnommen wurden. Dazu wurden die Proben mit Hilfe einer Universalprüfmaschine statisch bis zum Versagen belastet und Steifigkeiten sowie Versagenslasten bestimmt.
Druckversuche
Die Druckversuche an Proben mit quadratischem Querschnitt wurden in Anlehnung ASTM 365M durchgeführt. Während des Versuchs wurde die Kraft-Weg-Kurve der Prüfmaschine aufgezeichnet. Zusätzlich wurde die Relativverschiebung der beiden ungelenkig gelagerten Druckstempel sowie die Dehnung auf einer angeschnitten Probenseitenfläche mit Hilfe des Grauwertkorrelationssystems ARAMIS gemessen.
Bei den durchgeführten Versuchen an Wabenkernmaterialien unterschiedlicher Dichte (60 und 80 kg/m³) sowie Kernhöhe (4,5; 10; 20 mm) und Zellgröße (4,5; 8; 9,6 mm) zeigen sich folgende Trends in den gemessenen Druckeigenschaften: Mit steigender Kerndichte (respektive zunehmender Zellwanddicke) nehmen Druckmodul und Druckfestigkeit des Kerns zu. Mit zunehmender Kernhöhe und Zellgröße nimmt der Druckmodul zu und die Druckfestigkeit ab.
Schubversuche
Die Schubversuche wurden in Anlehnung an ASTM C273M als Platten Zugscherversuch durchgeführt. Dazu wurden die quaderförmigen Sandwichproben zwischen zwei Lasteinleitungsplatten geklebt. Aus dem Kraftsignal der Prüfmaschine und der optisch gemessenen Plattenrelativverschiebung wurden Schubspannungs Schubdehnungskurven berechnet. Es wurden jeweils Proben in W- und L-Richtung des Wabenkerns getestet.
Bild 11 zeigt die ermittelten Schubspannungs-Schubdehnungs-Kurven. Dabei zeigen sich abhängig von der Prüfrichtung deutliche Unterschiede im Schubverhalten. In L-Richtung ergeben sich bis zu dreimal höhere Schubmoduln. Das erste Spannungsmaximum ist in L-Richtung etwa doppelt so hoch. Außerdem sind Einflüsse der Wabenkerndichte (hier 60 und 80 kg/m³) sowie der Kernhöhe und er Zellgröße erkennbar. Bei einer Zunahme der Kerndichte ergibt sich für beide Prüfrichtungen und gleicher Kernhöhe und Zellgröße eine Zunahme des Schubmoduls als auch des ersten Spannungsmaximums. Eine Erhöhung der Kernhöhe als auch der Zellgröße bei gleicher Kerndichte führt zu einem Absinken von Schubmodul und Spannungsmaximum. Dies ist insbesondere bei Prüfung in W-Richtung zu erkennen und lässt sich auf die beteiligten Deformationsmechanismen und die Besonderheit des Therm- Hex-Wabenkerns mit seinen z.T. nicht verbundenen Zellwänden in W-Richtung zurückführen.
Biegeversuche
Die Biegeversuche an Organosandwich-Proben wurden in Anlehnung an ASTM C393 als 3- Punkt-Biegeversuche durchgeführt. Dazu wurden entsprechende Sandwichproben mit unterschiedlichen Auflagerabständen (200, 300 und 400 mm) getestet. Während der Versuche wurde jeweils die Mittendurchbiegung der Probe mit Hilfe eines Wegaufnehmers gemessen. In den Versuchen mit geringem Auflagerabstand konnte häufig ein Schubbruch des Kerns sowie bei Wabenkernen geringerer Dichte (60 kg/m³) oder größerer Kernhöhe und Zellgröße auch lokales Eindrücken des Kerns im Bereich des oberen Auflagers beobachtet werden. Bei größeren Spannlängen konnte hingegen häufig ein Versagen der oberen, druckbelasteten Deckschicht (Deckschichtknittern) beobachtet werden.
Die bei unterschiedlichen Spannlängen ermittelten Biegeversagenslasten wurden als normierte Versagenslast über dem Verhältnis aus Spannlänge und Sandwichhöhe in ein Diagramm eingetragen. Diese sog. Failure Mode Maps [1][11] können Auskunft darüber geben, welche Sandwichkonfiguration (Kerndichte, Kernhöhe, Deckschichtmaterial) für eine bestimmte Anwendung (Spannlänge) bei vorgegebener Belastung auszuwählen ist. Dazu werden neben den gemessenen Werten zusätzliche Graphen für die unterschiedlichen Sandwich-Versagensarten (u.a. lokales Kerneindrücken, Deckschichtknittern, Schubversagen des Kerns) eingezeichnet (siehe Bild 12). Auf diese Weise lassen sich Deckschicht und Kern möglichst effizient aufeinander abstimmen. Idealerweise sollte der Wabenkern so hohe mechanische Eigenschaften aufweisen, dass die mechanische Belastbarkeit der Deckschicht möglichst gut ausgenutzt werden kann.