Faserverstärkte Kunststoffe weisen aufgrund ihres multiskaligen Aufbaus ein komplexes Versagensverhalten auf. Selbst Schäden, die die Integrität des Materials stark beeinträchtigen, können oft nicht durch eine Sichtprüfung erkannt werden. Daher wurden verschiedene Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung und In-situ-Zustandsüberwachung (engl.: Structural Health Monitoring (SHM)) entwickelt, um den zuverlässigen und sicheren Betrieb von Verbundwerkstoffstrukturen zu gewährleisten. Viele SHM-Methoden erfordern qualifiziertes Personal, teure Messgeräte und komplexe Sensornetzwerke, die das Leichtbaupotenzial verringern. Insbesondere bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen können diese Einschränkungen durch elektrische Widerstandsmessungen überwunden werden. Bei leitfähigen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen können in-situ elektrische Widerstandsmessungen den Materialzustand ohne zusätzliche Sensornetzwerke während des Betriebs überwachen. In unmodifizierten glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) ist eine solche Widerstandsmessung jedoch aufgrund der fehlenden Leitfähigkeit des Materials nicht möglich. Diese Dissertation stellt zwei Ansätze vor, um ein elektrisches SHM in GFK zu ermöglichen, ohne die mechanischen Eigenschaften signifikant zu reduzieren. Die erste Methode beschreibt eine lokale Matrixmodifikation mit vollständig integrierten, vorausgehärteten Single-Walled Carbon Nanotube (SWCNT)/Epoxidharz-Dünnschichtsensoren. Das zweite Verfahren skizziert eine lokale Modifikation mit leitfähigen Fasern als Elektroden für Kapazitätsmessungen. Die eingebetteten SWCNT/Epoxidharz-Dünnschichtsensoren weisen einen piezoresistiven Effekt auf und ermöglichen eine lokale Dehnungsüberwachung in Echtzeit. Im Allgemeinen führen Zugspannungen zu einer Widerstandserhöhung und Druckspannungen zu einer Widerstandsverringerung. Die integrierten Dünnschichtsensoren haben bei verschiedenen Aufbauten und Belastungsfällen keinen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen. Lokale Spannungskonzentrationen durch Risse oder im Bereich von Löchern führen zu deutlichen Widerstandssteigerungen. Die Empfindlichkeit der Sensoren kann durch Variation der Geometrie eingestellt werden. Erste Beständigkeitsstudien belegen die Integrität der Sensoren bei zyklischen Ermüdungstests. Das Ausknicken eines Stringer-Bauteils kann bei Druckversuchen durch eine Widerstandserhöhung zuverlässig erkannt werden. Kapazitätsmessungen an integrierten Kohlenstofffaserbündeln ermöglichen eine Schadensdetektion in GFK-Verbundwerkstoffen aufgrund schadensbedingter Änderungen der Materialpermittivität. Sich entwickelnde Schäden mit eingeschlossener Luft führen zu einer insgesamt niedrigeren Permittivität und damit zu einem Abfall der Kapazität. In Zugversuchen korreliert die Entwicklung von Matrixrissen eindeutig mit der Abnahme der Kapazität. Die Kapazität nimmt während der raschen Rissbildung stärker ab und zeigt eine langsamere Abnahme im Bereich der Risssättigung. Eine analytische Modellierung der Kapazitätsabnahme ist möglich, wenn man von einem idealen Plattenkondensator ausgeht. Ein größerer Abstand der Bündel verringert die Empfindlichkeit gegen Ende der Prüfung, wo ein diffuseres Rissmuster vorliegt. Durch die Integration der Bündel in verschiedenen Schichten kann die Rissentwicklung in den jeweiligen Schichten genau verfolgt werden. Darüber hinaus ist anhand der gemessenen Kapazitätsabnahme eine Erkennung und Größenabschätzung von Schlagschäden möglich. Die beiden vorgestellten Methoden bieten ein hochgradig maßgeschneidertes SHM von GFK und lassen sich leicht in industrielle Prozesse einbinden – Kohlenstofffaserbündel können direkt während der Gewebeherstellung integriert werden und vorausgehärtete Dünnschichtsensoren können während des Stapelns von trockenen Geweben an den gewünschten Stellen platziert werden. Beide Methoden ermöglichen ein kosteneffizientes SHM in Echtzeit ohne signifikante Beeinflussung der mechanischen Materialeigenschaften und tragen somit zu einer sichereren Nutzung von GFK-Strukturen bei.
