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Neue Methoden zur Modellierung von Schäden in Kompositen 

EU-finanzierte Forscher entwickelten neue Methoden für die Modellierung von Multiskalen-Phänomenen von strukturellen Veränderungen in Kompositen unter Belastung. Die Ergebnisse tragen erheblich dazu bei, Materialversagen vorhersagen zu können und die Entwicklung von komplexen Verbundstrukturen zu optimieren. 
Neue Methoden zur Modellierung von Schäden in Kompositen 
Die Nachfrage nach effizienteren und funktionelleren Materialien haben wichtige Entwicklungen in der Konstruktion von Verbundwerkstoffen angetrieben. Als Ergebnis werden Faserverbundkonstruktionen immer komplizierter und müssen oft auf die Bedürfnisse der verschiedenen Branchen zugeschnitten werden.

Es gibt zahlreiche Techniken, um Verbundwerkstoffe zu verstärken, zum Beispiel 3D-Geflechte, Tufting und Bestickung. Und alle haben ein gemeinsames Merkmal: es gibt keinen repräsentativen Block auf Garnebene. Daher werden diese Materialien im traditionellen Sinn nicht als homogen betrachtet. Dies erschwert die Bestimmung von Spannungen und Dehnungen, wenn diese Verbundstrukturen Belastungen ausgesetzt sind.

Die Wissenschaftler des EU-geförderten Projekts INTERCOM (New inter-scale techniques for damage analysis of novel composite architectures) vereinfachten die Modellierung von Schadensakkumulation und Versagen in Kompositen, indem sie einen völlig neuen Multiskalen-Rahmen entwickelten, der alle Heterogenitäten und Bestandteile des Materials berücksichtigt.

Die vorgeschlagene Methodik, die an Kompositen ohne charakteristisches repräsentatives Element angewendet wurden, basieren auf der Trennung von Raum und Skalen. Das Team demonstrierte, dass eine komplexe Interaktion zwischen Einheitszellen in nichtperiodische textilen Laminaten durch die Analyse einer einzelnen Einheitszelle erfolgreich repliziert werden kann.

Eine Bibliothek von neuen numerischen Werkzeugen wurde entwickelt, die bei der Schaffung von geometrischen Modellen von strukturierten Faserverbundstrukturen mit unterschiedlicher Dicke, Formverzerrung und Lagenkrümmung half. Mit Experimenten an Kompositen, die mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt wurden, wurden die neuen Modelle hinsichtlich Oberflächendehnungen, Schadenseintritt, Steifigkeitsabbau, Schadensmodi und Rissmuster bewertet.

Die Methodik von INTERCOM macht es einfacher, das Versagen von Verbundstrukturen zu beschreiben und vorherzusagen. In Zukunft wird sie weiter verbessert und eingesetzt, um die Leistung von Kompositen nicht nur auf struktureller, sondern auch auf Komponentenebene zu verbessern. 

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Strukturelle Veränderungen, Verbundwerkstoffe, Schadensanalyse, Multiskalen-Rahmen  
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