Entwicklung robuster Interface-Elemente für die Simulation von Delaminations-Prozessen in CFK-Laminaten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Werner Wagner
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 181611900

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Um die Robustheit diskontinuierlicher Kohäsivzonen-Elemente zu verbessern haben wir gemischte Formulierungen, numerische Integrationsverfahren sowie erweiterte Kinematik im Kontext der Interface-Formulierung untersucht. • Der Einfluss multipler hybrider Formulierungen nach Hu-Washizu, angewendet auf die Formulierung eines diskontinuierlichen Interface-Elements mit bilinearen Ansatzfunktionen, wurde beschrieben. Die Vorteile der gemischten Formulierung, durch Implementierung unabhängiger Ansatzfunktionen für Spannungen und Verzerrungen, die den tatsächlich auftretenden Verläufen entsprechen, wurden ausgenutzt. Dadurch konnte nicht nur die Anzahl der Iterationschritte, sondern auch die erforderliche Diskretisierungen reduziert werden. • Um den gesamten Delaminationsprozess in nur einem Element abzubilden haben wir detaillierte Arbeiten im Bereich der numerischen Integration durchgeführt. Es zeigt sich, dass eine annähernd korrekte Erfassung des Integrals nur bedingt bessere Ergebnisse liefert. Vielmehr kann durch Unterintegration mit Gauß 3 x 3 und dessen Variation der Integrationspunkte die besten Ergebnisse bezogen auf die minimale Diskretisierung erreicht werden. • Wir haben gezeigt, dass ein angereicherter Ansatzraum mit quadratischen Funktionen die Kinematik besser approximiert. Folglich sind mit quadratischen Kohäsivzonen-Elementen geringere Diskretisierungen möglich. Jedoch gilt die Einschränkung, dass die Kohäsivzone durch Reduzierung der Bruchspannung aufgeweitet wird. Die Einarbeitung von Rotationsfreiheitsgraden führte zu einer inkorrekten Interpolation der Verschiebungen und damit zu einer nicht konvergierenden Lösung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• On the Development of Robust Interface Elements for the Delamination Analysis of Structures based on Mixed FE-Methods, International Conference on Composite Structures 16, 28-30 June 2011, Porto, Portugal
  Wagner W
  
• Adhesive Joints in Composite Laminates - A Combined Numerical/Experimental Estimate of Critical Energy Release Rates, Int. J. of Adhesion & Adhesives, 32 (2012) 23-38
  Balzani, C., Wagner, W., Wilckens, D., Degenhardt, R., Büsing, S.; Reimerdes, H.-G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2011.09.002)
• Delamination Analysis of Structures with Interface Elements based on Hellinger-Reissner and Hu-Washizu Principles, International Conference on Mechanics of Nano, Micro and Macro Composite Structures, 18-20 June 2012, Torino, Italy
  Wagner W
  
• Composite Repair of Through-Wall Defects in Pipework - Analytical and Numerical Models with respect to ISO/TS 24817, Composite Structures, 95 (2013), 173-178
  Köpple, M., Lauterbach, S., Wagner, W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.06.023)