Im Rahmen eines gemeinsamen Grundlagenforschungsprojekts untersuchen das Korea Institute of Material Science (KIMS) und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) das Crashverhalten eines neuartigen thermoplastischen Faserverbundwerkstoffs. Dabei werden rohrförmige Probekörper experimentell unter axialer Druckbelastung und numerisch auf Hochleistungsrechenanlagen des Zentrums für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) der TUD Dresden untersucht.

Im Gegensatz zu Metallen, die Energie durch plastische Verformung und fortschreitende Faltung absorbieren, weisen thermoplastische Verbundwerkstoffe ganz andere Mechanismen der Energieabsorption auf, die meist auf Materialversagen beruhen. Diese Versagensphänomene haben einen erheblichen Einfluss auf das Gesamtversagensmuster und die Crashfestigkeit der Verbundstruktur. Herkömmliche Finite-Elemente-Modellierungsstrategien bilden diese materialspezifischen Phänomene nicht ausreichend ab, was zu großen Unsicherheiten führt und einen breiteren Einsatz von Verbundwerkstoffen in Crash-Anwendungen verhindert.

Für eine hinreichend genaue Simulation des Crash-Verhaltens wird ein mehrschichtiger High-Fidelity-Modellierungsansatz angewandt, bei dem jede einzelne Lage und die Schnittstellen des Verbundwerkstoffaufbaus berücksichtigt werden. Die gegenwärtig steigenden Rechenkapazitäten ermöglichen die Lösung solcher High-Fidelity-Modelle und die adäquate Darstellung aller relevanten lokalen Verformungs- und Schädigungsphänomene unter Crash-Belastung sowie des resultierenden Kraft-Weg-Verhaltens der Struktur.

Unsere Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Composite Structures online und frei zugänglich veröffentlicht. Dieser Artikel ist ein Ergebnis der Fachgruppe Berechnungsmethoden und Simulation um Holger Böhm, Jonas Richter und Dr. Andreas Hornig unter der Leitung von Prof. Maik Gude vom ILK und Dr. Jinbong Kim vom KIMS.

https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117115

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Dipl.-Ing. Holger Böhm
Fachgruppe: Computational Methods and Simulation
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Fachgruppe: Computational Methods and Simulation
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