A three dimensional multiscale method for modeling fracture in nanocomposites
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde eine Mehrskalenmethode zur Modellierung von Materialversagen in polymeren Verbundwerkstoffen entwickelt. Die Methode basiert auf der Arlequinmethode, welche wiederum auf der linearen Wichtung der Energie im sogenannten ’Handshake’-bzw. Brückenskalen-Bereich basiert. Kompatibilität im Verschiebungsfeld zwischen dem Feinskalen- und Grobskalen-Bereich wurde mit Hilfe von Lagrange-Multiplikatoren verwirklicht. Auf beiden Skalen wurde ein Kontinuumsansatz gewählt. Während im Grobskalenbereich ein homogenes Material angenommen wurde, wurde die Mikrostruktur des Verbundwerkstoffes im Feinskalenbereich berücksichtigt. Die Arlequinmethode wurde hingehend auf die Modellierung von Materialversagen, i.e. diskreten Rissen, erweitert. Hierhir wurde die ’Extended Finite Element’-Methode (XFEM) verwendet, wenngleich auch alternative Ansatze basiert auf nicht-lokalen Schädigungsmodellen getestet wurden. Neben der Arlequinmethode und der Modelle der Mikro- und Makroskale wurden auch Nanoskalenmodelle entwickelt. Diese wurden zur Vorhersage von Werkstoffeigenschaften intakter polymerer Verbundwerkstoffe auf der Mikroskale verwendet. Insbesondere wurden Eigenschaften an den Grenzflächen zwischen Polymermatrix und Verstärkung untersucht. Die Methode wurde durch zahlreiche numerische Beispiele getestet und validiert.
Publications
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