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Vortrag

Ein Materialmodell zur Beschreibung der Ermüdungsschädigung und Materialdegradation von CFK

Wednesday (05.07.2017)
14:40 - 15:00 Uhr
Bestandteil von:


Ermüdungsschädigung, Degradation und Versagen sind wesentliche Punkte in der Lebensdaueranalyse aller Arten von Bauteilen. Für CFK-Materialien bestehet ein spezifisches Problem in der oft bereits nach geringen Zyklenzahlen auftretenden Anfangsdegradation. In multidirektionalen Mehrlagenverbunden kann dieser Effekt zu einer signifikanten Spannungsumlagerung während der Lebensdauer der betrachteten Komponente führen.


Das Ziel des vorliegenden Beitrags ist die Definition eines Ermüdungsdegradationsmodells, welches diesen Effekt auf der Einzellagenebene beschreibt, sowie seine numerische Implementierung als benutzerdefiniertes Materialmodell in ein kommerzielles Finite-Elemente-Programm. In Beschränkung aus steife und spröde kohlefaserverstärkte Epoxidharzverbunde wird als Basis das Hooke'sche Gesetz verwendet, welches durch drei unabhängige Schädigungsvariablen für die drei unabhängigen Raumrichtungen ergänzt wird. Die Scherschädigung wird durch eine Kombination der Schädigungsvariablen für die durch die jeweilige Scherebene berührten Richtungen beschrieben. Für die einzelnen Schädigungsvariablen wird durch Dimensionsanalyse aus der funktionalen Form der Wöhlerkurve eine Evolutionsgleichung in Form einer Potenzfunktion der Spannungen abgeleitet.


Das Modell wurde als benutzerdefinierte Materialroutine in ein kommerzielles Finite-Elemente-programm implementiert und auf eine experimentelle Datenbasis verschiedener uniaxialer Ermüdungsversuche angewendet. Hierbei kann die Ermüdungsdegradation und das Ermüdungsversagen des Werkstoffs mit guter Genauigkeit vorhergesagt werden. Wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Modells ist es, dass nicht nur die Ermüdung unter harmonisch oszillierender Belastung sondern auch die die Ermüdung unter beliebigen zeitlich variierenden Belastungssituationen erfasst werden können.

 

Sprecher/Referent:
Dr. Jörg Hohe
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Monika Gall
  • Hannes Gauch
  • Dr. Sascha Fliegener
  • Zalikha Murni binti Abdul Hamid