Knust, Gregor (2019)
Theorie und Numerik interlaminarer Spannungen und Delaminationen in geschichteten Verbundschalen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung
Kurzbeschreibung (Abstract)
Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ersetzen Verbundwerkstoffe zunehmend klassische metallische Materialien. Aus diesem Grund stellt die Simulation von faserverstärkten Kunststoffen durch numerische Verfahren wie die Finite-Elemente-Methode ein stetig wachsendes Forschungsfeld dar. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Modellierung dieser Materialien. Es wird ein Schalenelement zur Berechnung von geschichteten Strukturen vorgestellt, das auf einem Mehrfeldfunktional basiert. Das Verschiebungsfeld beinhaltet neben den Anteilen aus der Reissner-Mindlin-Theorie zusätzliche Verwölbungen und Verschiebungen senkrecht zur Schalenfläche. Durch diese Größen ist es möglich, interlaminare Schub- und Normalspannungen zu bestimmen. Die Verwölbungen und die Verschiebungen in Dickenrichtung der Schale werden in den lokalen Gleichgewichtsbeziehungen berücksichtigt. Somit ist die Anwendung auf physikalisch und geometrisch nichtlinearer Probleme möglich. Eine Nebenbedingung erzwingt den korrekten Verlauf des erweiterten Verschiebungsfeldes. Aus statischer Kondensation resultiert ein gemischtes 4-Knoten-Schalenelement mit den \textcolor{black}{Standard-Verschiebungsfreiheitsgraden}. Dies ermöglicht die Anwendung der Schalenformulierung auf komplexe Geometrien. Innerhalb des Laminats kann an beliebiger Stelle eine Zwischenschicht zur Abbildung von Delamination platziert werden. Ein isotropes Schädigungsmodell für kleine Verzerrungen wird in dieser Zwischenschicht für \textcolor{black}{die Bestimmung von Delaminationen} verwendet. Anhand mehrerer numerischer Beispiele wird unter anderem der Vorteil gegenüber der Verwendung von Volumenschalenelementen in Bezug auf die Rechenzeit verdeutlicht. Daneben werden die Berechnung interlaminarer Spannungen verschiedener Laminate, ein 3-Punkt-Biegeversuch unter Berücksichtigung von Delamination und eine Reihe weiterer Beispiele gezeigt.
| Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
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| Erschienen: | 2019 | ||||
| Autor(en): | Knust, Gregor | ||||
| Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
| Titel: | Theorie und Numerik interlaminarer Spannungen und Delaminationen in geschichteten Verbundschalen | ||||
| Sprache: | Deutsch | ||||
| Referenten: | Gruttmann, Prof. Friedrich ; Wagner, Prof. Werner | ||||
| Publikationsjahr: | 2019 | ||||
| Ort: | Darmstadt | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung: | 22 März 2019 | ||||
| URL / URN: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8712 | ||||
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ersetzen Verbundwerkstoffe zunehmend klassische metallische Materialien. Aus diesem Grund stellt die Simulation von faserverstärkten Kunststoffen durch numerische Verfahren wie die Finite-Elemente-Methode ein stetig wachsendes Forschungsfeld dar. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Modellierung dieser Materialien. Es wird ein Schalenelement zur Berechnung von geschichteten Strukturen vorgestellt, das auf einem Mehrfeldfunktional basiert. Das Verschiebungsfeld beinhaltet neben den Anteilen aus der Reissner-Mindlin-Theorie zusätzliche Verwölbungen und Verschiebungen senkrecht zur Schalenfläche. Durch diese Größen ist es möglich, interlaminare Schub- und Normalspannungen zu bestimmen. Die Verwölbungen und die Verschiebungen in Dickenrichtung der Schale werden in den lokalen Gleichgewichtsbeziehungen berücksichtigt. Somit ist die Anwendung auf physikalisch und geometrisch nichtlinearer Probleme möglich. Eine Nebenbedingung erzwingt den korrekten Verlauf des erweiterten Verschiebungsfeldes. Aus statischer Kondensation resultiert ein gemischtes 4-Knoten-Schalenelement mit den \textcolor{black}{Standard-Verschiebungsfreiheitsgraden}. Dies ermöglicht die Anwendung der Schalenformulierung auf komplexe Geometrien. Innerhalb des Laminats kann an beliebiger Stelle eine Zwischenschicht zur Abbildung von Delamination platziert werden. Ein isotropes Schädigungsmodell für kleine Verzerrungen wird in dieser Zwischenschicht für \textcolor{black}{die Bestimmung von Delaminationen} verwendet. Anhand mehrerer numerischer Beispiele wird unter anderem der Vorteil gegenüber der Verwendung von Volumenschalenelementen in Bezug auf die Rechenzeit verdeutlicht. Daneben werden die Berechnung interlaminarer Spannungen verschiedener Laminate, ein 3-Punkt-Biegeversuch unter Berücksichtigung von Delamination und eine Reihe weiterer Beispiele gezeigt. |
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| Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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| URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-87124 | ||||
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau | ||||
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik > Fachgebiet Festkörpermechanik |
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| Hinterlegungsdatum: | 09 Jun 2019 19:55 | ||||
| Letzte Änderung: | 09 Jun 2019 19:55 | ||||
| PPN: | |||||
| Referenten: | Gruttmann, Prof. Friedrich ; Wagner, Prof. Werner | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 22 März 2019 | ||||
| Export: | |||||
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