June 30, 2021 /

Forschungsvorhaben "Mesoskopische Schadensmodellierung geflochtener Faserverbundkunststoffe" gestartet

Im Mai startete das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt „Mesoskopische Schadensmodellierung geflochtener Faserverbundkunststoffe mittels Netzüberlagerung bei statischer und stoßartiger Belastung – Projektnummer: 463336942“, in dem die Schädigungsmechanismen in geflochtenen Faserverbund-Strukturen auf mesoskopischer Ebene untersucht und mithilfe der Methode der Netzüberlagerung numerisch abgebildet werden sollen.

Die Betrachtung von FKV lässt sich allg. in die mikroskopische (Einzelfilamente und Matrix), die mesoskopische (Faserbündelarchitektur) und die makroskopische (Bauteil) Ebene untergliedern. Ein gängiger Ansatz zur Berechnung textiler Werkstoffe besteht darin, auf Basis einer mesoskopischen Einheitszelle verschmierte Kennwerte für den Verbund abzuleiten. Diese werden dann in einer makroskopischen Simulation genutzt, um sie den einzelnen Textillagen zuzuweisen. Zwischen den Einzellagen werden kohäsive Interfaces eingebracht, um den Vorgang der Delamination zu berücksichtigen.

Diese Ansätze sind zwar pragmatisch, jedoch ungeeignet, um die Faserarchitektur zu erfassen. Diese Information geht beim Transfer von mesoskopischer auf makroskopische Ebene teilweise verloren, sodass eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Fadensystemen unberücksichtigt bleibt. Eine detaillierte Erfassung der bruchmechanischen Vorgänge im Textil ist damit nicht möglich und die verschmierte Betrachtung mehrerer Mechanismen lässt demnach keine genauen Aussagen über mögliche Verbesserungsmaßnahmen zu. Das Modellierungsdefizit und die verminderte Prognosegüte resultieren in einer Überdimensionierung der Struktur, was zu einem erhöhten Gewicht und überflüssigem Materialeinsatz führt. Hinzu kommt, dass die Faserarchitektur realer Strukturen durch geometrische Änderungen variiert und nicht konstant ist. Um dies zu berücksichtigen, ist das Konzept der Einheitszelle nicht mehr anwendbar und das Textil muss ganzheitlich und kontinuierlich beschrieben werden. Hierzu wird die Methode der Netzüberlagerung angewendet, bei der Textil und Verstärkungsmatrix unabhängig voneinander vernetzt und im Anschluss über Zwangsbedingungen gekoppelt werden. Zwar sorgt dies, verglichen mit konventioneller Modellierung, zu einer erheblichen Zeitersparnis im Pre-Prozessing, führt aufgrund der auftretenden Volumenredundanz aber zu anderen Herausforderungen, die es in diesem Projekt zu lösen gilt, damit das Schädigungsverhalten auf mesoskopischer Ebene bei statischer und stoßartiger Belastung korrekt abgebildet werden kann.

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