Randeffekte in gekrümmten Laminaten: Analyse, Optimierung und Test

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Mittelstedt
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427624054

Gekrümmte Laminatstrukturen in Faserverbund-Bauweise versagen in vielen Fällen durch Delami-nationen, die durch Schälspannungen in den gekrümmten Bereichen ausgelöst werden. Aufgrund des geschichteten Charakters von Faserverbund-Laminaten treten zusätzlich dazu noch lokale Randeffekte auf, durch die die Delaminationsneigung noch verstärkt wird. Bislang liegen neben rein numerischen Ansätzen keinerlei Rechenverfahren vor, mit deren Hilfe Spannungsfelder in gekrümmten Laminaten unter Berücksichtigung des Laminat-Randeffektes ermittelt werden können. Das geplante Forschungsvorhaben ist daher der geschlossen-analytischen und semi-analytischen Behandlung solcher Randeffekte in gekrümmten Laminaten gewidmet. Analytische Rechenverfahren, die den Randeffekt auf näherungsweisem Weg abbilden, können auf verschiedenen Wegen entwickelt werden. Neben der recht einfachen Vorgehensweise, Dela-minationskräfte und -momente aus ebenen Scheibenlösungen herzuleiten, ist in diesem Vorhaben geplant, sowohl schichtweise spannungsbasierte Näherungsmethoden (die sog. Force-Balance-Method) als auch schichtweise verschiebungsbasierte Ansätze zu entwickeln. Sämtliche Analyse-verfahren sollen durch begleitende Experimente und durch vergleichende Finite-Elemente-Berechnungen validiert werden. Nachdem die rechnerischen Grundlagen der näherungsweisen Analyse von Randspannungsfeldern geschaffen wurden, soll das Randeffekt-Problem in ein Opti-mierungsproblem überführt werden. Mit den Mitteln der mathematischen Programmierung soll er-gründet werden, welches Optimierungspotential bei gekrümmten Laminatstrukturen besteht und wie sich vor allem der Laminat-Randeffekt verharmlosen bzw. gar ins Gegenteil verkehren lässt (umwandeln positiver Schälspannungen in Druckspannungen am Laminatrand). Die Qualität der analytischen Rechenverfahren sowie die Aussagen der Optimierungsbetrachtungen sollen zum Abschluss des Projektes durch gezielte Versuchsreihen validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen