Isogeometrische Multi-Patch-Analyse zur Ausbreitung von Delaminierungsversagen und Klebeablösungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Ruess
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515687474

Isogeometrische Analysen sind mit dem Ziel gestartet, die Modellbildung numerischer Berechnungen im industriellen Kontext zu revolutionieren und einen Paradigmenwechsel in der Modellbildung herbeizuführen. Das arbeits- und kostenintensive 80/20-Missverhältnis von Modellbildung und Simulation sollte durch die direkte Verwendung des NURBS-basierten CAD-Modells beseitigt werden. Trotz intensiver und erfolgreicher Forschung & Entwicklung, die zu erheblichen Verbesserungen der numerischen Simulation in verschiedenen Disziplinen geführt haben, steckt die Umsetzung des ursprünglich formulierten Ziels noch in den Kinderschuhen. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, neue und wesentliche Erkenntnisse zu Ausbreitungsphänomenen in weich gekoppelten Multi-Patch-NURBS-Modellen zu gewinnen und damit das Potenzial des ursprünglichen Paradigmas, NURBS-basierter Simulationsmodelle im Ingenieurkontext auszuschöpfen. Die Projektziele lassen sich in die folgenden drei wissenschaftlichen Säulen gliedern: (i) Untersuchung eines kontinuitätserhaltenden Kopplungsmodells für Multi-Patch-NURBS-Modelle unter Berücksichtigung nichtlinearer Materialeigenschaften. Hierbei interessieren insbesondere Modelle mit vielen geteilten Kopplungsrändern, für die über die Kopplungsschnittstellen hinweg, eine störungsfreie Kontinuität im Kräfteverlauf zu gewährleisten ist. Die Behandlung konzentrierter und degenerierter Kopplungsschnittstellen vieler NURBS-Patches wird zu wesentlichen Erkenntnissen über die Auswirkungen des Modellfehlers auf die Kopplungsbedingungen führen. Eine robuste Formulierung und Implementierung des Kopplungsmechanismus wird die Akzeptanz isogeometrischer Analysen maßgeblich fördern und das wissenschaftliche und wirtschaftliche Potenzial der Methode weiter stärken. (ii) Entwicklung einer Entkopplungsformulierung kohäsiver Verbundkonstruktionen auf Grundlage eines Nitsche-Ansatzes zur Simulation von Delamination und Klebeversagen entlang des Kopplungsrandes. Hierbei steht insbesondere das ungestörte Ausbreitungsversagen entlang und über die Kopplungsschnittstellen im Fokus der Untersuchungen. Die Untersuchungen werden Erkenntnisse über den Zusammenhang von Kopplungssteifigkeiten, Stabilität und Genauigkeit der Analyse offenlegen und einen verfeinerten Stabilisierungsansatz unterstützen. (iii) Entwicklung einer Modellverfeinerung die mit akzeptablem Aufwand und minimal-invasiven Modeländerungen h/p-Adaptivität auf Grundlage superponierter, weich gekoppelter Verfeinerungsnetze erlaubt. Die Verfeinerung folgt unabhängig von Elementkonfigurationen des Basisnetzes der Ausbreitungsfront von Delamination bzw. Klebeversagen und verspricht ein höchstes Maß an Flexibilität. Alle drei Säulen definieren Arbeitspakete, die weitgehend unabhängig voneinander entwickelt und in einem Analyse-Framework zur Anwendung auf industrierelevante Modelle zusammengeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sergio Turteltaub