Analyse von Riss-Interaktionen in Laminaten mittels der skalierten Rand-Finite-Elemente-Methode

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilfried Becker
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228806246

Ziel des beantragten Vorhabens ist die Erweiterung und Anwendung der skalierten Rand-Finite-Elemente-Methode auf die strukturelle Situation von miteinander interagierenden Rissen in Laminaten aus unidirektional Faser-verstärkten Einzelschichten. Risse in Faser-verstärkten Laminat-Einzelschichten treten typischerweise als Faser-parallele Matrixrisse auf, beispielsweise durch Aus-härte-Schrumpf, durch thermisch bedingte Schrumpfung oder durch äußere mechanische Belastung, der die unidirektionale Faserverstärkung nicht viel entgegenzusetzen hat. Meistens verlaufen solche Matrixrisse direkt in Dickenrichtung des Laminats, und zwar durch eine komplette Einzelschicht, manchmal aber auch diagonal durch die Einzelschicht, um an den Interfaces zu den Nachbarschichten gestoppt zu werden. Gibt es eine ähnliche Rissbildung auch in einer unmittelbaren Nachbarschicht, so kommt es am Schicht-Interface leicht zu einem Zusammentreffen der entsprechenden Matrixrisse, und zwar wegen der im Allgemeinen unterschiedlichen Rissorientierungen nur in einem Punkt, mit einer entsprechenden Riss-Interaktion. Zu einer Riss-Interaktion kann es aber auch mit Delaminations-Rissen innerhalb eines Interfaces kommen. Die Riss-Interaktion soll innerhalb des beantragten Vorhabens im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie als entsprechendes dreidimensionales Randwertproblem angegangen und analysiert werden, was durch die beteiligten anisotropen Einzelschicht-Kontinua sehr anspruchsvoll ist. Von besonderem Interesse sind die entstehenden Spannungssingularitäten im Interaktionspunkt der beteiligten Risse sowie die entstehenden asymptotischen Spannungs- und Verzerrungsfelder. Als geeignetes Analyseverfahren bietet sich in dieser Situation eine entsprechend zu formulierende und zu implementierende skalierte Rand-Finite-Elemente-Methode an. Die Tauglichkeit und Effizienz dieses neuartigen Zugangs wird sich anhand ebenfalls vorzusehender Finite-Elemente-Referenz-Rechnungen beurteilen lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen