Multiskalenmodellierung von Impaktbelastungen auf Faserverbundlaminate: Methodenentwicklung, Parameteridentifikation und Anwendung.
Stefan Hiermaier, Matthias Nossek, Klaus Thoma
In der Arbeit wird eine mehrskalige Modellierungsmethodik für Faserverbundlaminate entwickelt und zur Anwendung geführt. Zum einen beinhaltet die Methodik eine erweiterte Formulierung des analytischen Multiskalenansatzes der generalisierten Methode der Zellen (GMC). Mit ihr wird der Faser-Matrix-Verbund über die Eigenschaften der Bestandteile modelliert. Die Matrix wird diesbezüglich unter Zug, Schub und Druck bei quasistatischen und unterschiedlich hohen dynamischen Belastungsgeschwindigkeiten sowie mit quasistatischen zyklischen Zug- und Druckversuchen experimentell charakterisiert, und es wird ein ratenabhängiges gekoppeltes Schädigungs-Plastizitäts-Modell entwickelt. Zum anderen wird zur Abbildung von Delamination zwischen Laminatschichten ein neu entwickelter anfänglich starrer (initially-rigid) Delaminationsalgorithmus in der Modellierungsmethodik genutzt. Delaminationen werden spannungsbasiert identifiziert und bewirken eine lokale FE-Netzveränderung (node-splitting) und die Initiierung kohäsiver Kräfte. Der Rissöffnungsprozess wird bruchmechanisch basiert über die Beziehung der kohäsiven Kräfte zur Relativbewegung der beiden Rissseiten modelliert. Die Multiskalenmethodik wird bei Zugversuchen an CFK-Laminaten und bei Impaktbelastungen bis 600 m/s auf ebene Laminatplatten angewandt und gegenüber Experimenten bewertet.
