Modellierung und Analyse von Interphasenschädigung in durch Kohlenstoffnanoröhren verstärkten Materialien und Strukturen

• Antragstellerin: Dr. Lidiia Nazarenko, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263527681

Das Hauptziel des Projekts ist es, die Erweiterung von linearen Modellierungsmöglichkeiten für die durch zufällig verteilte Kohlenstoffnanoröhrchen verstärkten Materialien, die im aktuellen Projekt betrachtet sind, auf das nichtlineare Verhalten vorzunehmen. Das zweite Ziel ist es, die Effizienz dieser Ansätze in der Anwendung auf die Analyse der Spanungs- und Deformationsfelder in Strukturelementen aus Kompositwerkstoffen zu demonstrieren.Mehr spezifisch ist die Absicht, eine Methode zu entwickeln, die das gesamte nichtlineare Verhalten von durch Kohlenstoffnanoröhrchen verstärkte Materialien beschreibt, wobei die Nichtlinearität mit der Zwischenphasenschädigung verbunden ist. Das Seitenverhältnis von Kohlenstoffnanoröhren und ihre zufällige Verteilung sind zu beachten. Um die obengenannten Ziele zu erreichen, wird ein Näherungsansatz basierend auf energie-äquivalenter Inhomogenität auf Materialien mit Zwischenphasen, die im aktuellen Projekt betrachtet wurden, verwendet. Es wird mit der 2D Version des 3D statistischen Schadensmodells für die Analyse von Kompositen ohne Zwischenphasen verbunden. Dieses 3D statistische Schadensmodell ist in verschiedenen Arbeiten des PI diskutiert wurden. Die Schädigung von 2D Zwischenphasen wird in Bezug auf die statistische Mittelung der Zwischenphasenspannungen und -deformationen formuliert und im aktuellen Projekt mit der Methode der energieäquivalenten Inhomogenität verbunden. Dies ist entscheidend für die erfolgreiche Bearbeitung des aktuellen Projekts. Infolgedessen wird die energieäquivalente inhomogenitätsbasierte Homogenisierungsmethode, die im aktuellen Projekt für lineare Probleme mit Zwischenphasen vorgeschlagen ist, auf nichtlineare Probleme direkt angewendet, so dass in der nichtlinearen Analyse die Eigenschaften der Zwischenphasen als nicht konstant angenommen werden können. Letztere ändern sich unter Berücksichtigung der Schädigungsevolution. Für die Berücksichtigung der zufälligen Struktur der obengenannten Materialien wird die vorgeschlagene Beschreibung der Zwischenphasenschädigung, und deren Evolution, statistisch sein.Ein Iterationsverfahren, welches wegen der Nichtlinearität des Problems erforderlich ist, wird entwickelt. Dies soll für beliebig vorgeschriebene Belastungsgeschichte, die zu nichtlinearen Spannungs- Deformationszuständen spezifischer zufällige Komposite führt. Es wird auf die Analyse von kohlenstoffnanoröhrchenverstärkten Materialien angewandt und mit aus der Literatur verfügbaren experimentellen Daten verglichen. Die praktischen Vorteile und das Potenzial der vorgeschlagenen Methode werden durch die Finite Elementanalyse von repräsentativen Kompositstrukturen, deren Geometrie und die Belastung von Interesse in Anwendungen sind, demonstriert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen