Abstrahierte Modellierung des nichtlinearen Verhaltens von Fügestellen in Baugruppen aus faserverstärkten Verbundmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Raimund Rolfes
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455924282

Numerische Berechnungsmodelle für Baugruppen aus dem Bereich der Luftfahrt- und Automobilindustrie können hunderte, oder gar tausende, von Fügestellen umfassen. Aus diesem Grund ist eine numerisch effiziente Abbildung dieser Fügestellen, nebst hinreichender Genauigkeit, entscheidend für den Erfolg von Simulationsmodellen.Simulationen haben in diesen Anwendungsbereich oft die Funktion von Vorhersagemodellen für das Unfallverhalten oder die Lebensdauer der Baugruppe.Für diesen Zweck ist die korrekte Abbildung des nichtlinearen Verhaltens der Fügestellen von herausragender Bedeutung.Eine detaillierte Modellierung von Fügestellen mit einer getreuen Nachbildung der Geometrie, oft sogar als Volumenkörper, kann verlässliche Vorhersagen über das nichtlineare Verhalten liefern.Derartige Modelle weisen jedoch bereits für einzelne Fügestellen einen sehr hohen Freiheitsgrad (= Anzahl der Unbekannten) auf und sind für ganze Baugruppen in der Regel nicht anwendbar.Als Gegenstück zur detaillierten Modellierung von Fügestellen haben sich Strategien etabliert, die nicht auf einer genauen Abbildung von tatsächlicher Geometrie und tatsächlichen Materialverhalten fußen, sondern lediglich das makroskopische Last-Verschiebungsverhalten nachbilden.Die Komplexität von Geometrie und physikalischen Eigenschaften der Verbindung wird dabei auf das nichtlineare Last-Verschiebungsverhalten von einigen wenigen, oft nur zwei, Knotenpunkten reduziert.Diese Strategie wird hier als abstrahierte Modellierung bezeichnet und erlaubt, dank des niedrigen Freiheitsgrades, den Einsatz in der Simulation von umfangreichen Baugruppen mit Fügestellen.Abstrakte Modellierung von Fügestellen im Rahmen der Finite Elemente Analyse ist ein weit verbreitetes Werkzeug in der industriellen Anwendung, wird aber oft nur für lineare Analysen von Baugruppen aus isotropen Materien verwendet.Faserverstärkte Verbundmaterialien setzten sich jedoch immer weiter durch, und Erfordern die Anpassung und Erweiterung von bestehenden Methoden.Insbesondere die inhärente Anisotropie und das komplexe Versagensverhalten mit verschiedenen Moden sind mit den bisherigen Instrumentarium schwer zu erfassen.Dies motiviert den vorliegenden Antrag in dem die Abbildung von Anisotropie und Versagensmoden von Verbindungen in Verbundmaterialien untersucht und erweitert werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen