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Multi-field modelling and simulation of fibre reinforced polymers

Subject Area Mechanics
Term from 2017 to 2022
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 380995129
 
Final Report Year 2022

Final Report Abstract

Ziel des Projektes war die Entwicklung von Methoden zur Simulation von Schädigungen in faserverstärkten Polymeren. Für die Simulation von Poylmeren wurden eine erweiterte Kinematik eingeführt, die die gleichzeitige Verwendung von lokalen Schädigungsformen wie der Plastizität und nicht-lokaler Schädigung im Sinne eines Bruchvorgangs ermöglicht. Darauf aufbauend konnten komplexe multiphysikalische Simulationen von thermomechanischem porös-duktilem Bruch durchgeführt werden. Neben vielen Detaillösungen wurde hierfür das interne Zeitintegrationsverfahren so angepasst, dass der deviatorische Anteil exakt erhalten bleibt und damit die Simulationen stabilisiert. Im nächsten Schritt wurde ein neues Modell einer kontinuums-degenerierten Kirchhoff-Love Schale entwickelt, dass den Biegewiderstand von Faserverbünden in einer Polymermatrix berücksichtigt. Daraus konnte ein validiertes Gradientenmodell für Endlosfaser verstärkte Verbundwerkstoffe entwickelt werden, das unabhängig von Faser- und Belastungsrichtung eine korrekte Simulation der Schädigung des Matrix-Materials wie auch der Fasern unter Berücksichtigung thermischer Einflüsse ermöglicht. Die Verwendung höherer Gradientenanteile in der Kinematik konnte ebenfalls für Kurzfaserverbünde, ausgehend von den Biegetermen der klassischen Balkentheorie, gezeigt werden. Im letzten Schritt des Projektes konnten die entwickelten Methoden zur Bruchmechanik auf Kontaktprobleme mit anisotropen und adhäsiven Oberflächen angewendet werden. Damit konnte die Applikation der entwickelten Methoden auf industrielle Problemklassen demonstriert werden.

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