Fuzzy-Stochastische Methoden für die polymorphe Unschärfemodellierung von Leichtbaustrukturen
Zusammenfassung der geplanten Projektinhalte unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus der ersten Bearbeitungsphase
Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojekts ist die in der ersten Förderperiode entwickelten polymorphen Unschärfemodelle in den Lebenszyklus hybrider Leichtbaustrukturen zu übertragen. Insbesondere wird die Herstellung sowie die Nutzung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) in Hybridsystemen untersucht.
Während des Herstellungsprozesses ist die Aushärtung der Matrix ein dominierender Effekt, da sie stark temperaturabhängig ist und die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften von FVK stark beeinflusst. Während der Nutzung sind Schädigungen und Versagen, die sich beispielsweise durch wiederholtes Belasten oder Crash ergeben, dominant. Die Betrachtung beider Zyklen, also der Herstellung und der Nutzung kann auf unterschiedlichen Größenskalen erfolgen. Die gesamte Modellierung von der Herstellung bis zur Nutzung wird mit einem Drei-Skalen Modell, welches Aushärtung und Schädigungen in Kombination mit polymorpher Unschärfe berücksichtigt, umgesetzt. Dieses Modell wird eingesetzt, um effektive Eigenschaften von einer Skala zur nächst höheren zu ermitteln.
Für die Aushärtung der Matrix werden Unschärfen aus bereits vorhandenen experimenteller Daten quantifiziert. Durch geeignete fuzzy-stochastische Homogenisierungsmethoden werden die polymorph unscharfen effektiven Eigenschaften der Matrix nach der Aushärtung bestimmt. Mit weiterer Kenntnis der Fasereigenschaften kann, durch geeignete fuzzy-stochastische Homogenisierungsmethoden, der Verbund für eine höhere Skalenebene charakterisiert werden. Die erhaltenden effektiven Parameter werden mit vorhanden experimentellen Daten des Verbundes verglichen. Um nicht nur die Unschärfen des Verbundes, sondern auch Abhängigkeiten einzelner Parameter zu untersuchen, werden zusätzlich biaxial Versuche durchgeführt.
Um die bauteilnahe Beanspruchung während der Nutzung realitätsnah abzubilden und um unschärfebehaftete Versagensmechanismen innerhalb der genannten Skalen zu berücksichtigen, wird eine geeignete Methode entwickelt. Für die Unschärfequantifizierung von Schädigungsparametern werden bereits vorhandene heterogene Daten als Basis verwendet. Um komplexe Strukturen für die Validierung des Modells zu berücksichtigen, werden die entwickelten fuzzy-stochastischen Methoden zu einer Finite Elemente Formulierung erweitert. Für den Vergleich werden bereits vorhandene experimentelle Ergebnisse für ein Hutprofil herangezogen.
Wesentliche Projektziele
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Unschärfequnatifizierung (UQ) basierend auf experimentellen Daten
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Biaxiale Versuche zur charakterisierung der Abhängigkeite von FVK Materiallparamter
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FVK Prozessmodellierung unter Berücksichtigung der polymorphen Unschärfe
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FVK Versagensmodellierung unter Berücksichtigung der polymorphen Unschärfe
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Valedierung des Simulationsmodells unter Verwendung von komplexeren Komponenten
Prof. Mahnken
Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken
Universität Paderborn
Fakultät für Maschinenbau
Lehrstuhl für Technische Mechanik
