Sonderfor­schungsbereich SFB 639 - Textilverstärk­te Verbundkompo­nenten für funktionsinte­grierende Mischbauweisen bei komplexen Leichtbauanwen­dungen

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 639 wird durch wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur das Teilprojekt C2 "Berechnung von komplexen, gekrümmten Sandwichstrukturen mit großen substrukturellen Steifigkeitsunterschieden" bearbeitet. Schwerpunkt dieses Teilprojekts sind die skalenübergreifende Modellierung und Simulation des mechanischen Verhaltens der im SFB betrachteten textilverstärkten Verbundwerkstoffe.

In der ersten Antragsphase wurde im Rahmen des Teilprojekts C2 eine effiziente Methode zur Simulation des makroskopischen mechanischen Verhaltens der innerhalb des SFB 639 betrachteten textilverstärkten Verbundwerkstoffe entwickelt. Ausgehend von den physikalischen Kennwerten der Mikro- und Mesoskale wurde unter Nutzung von Homogenisierungsverfahren, die auf der Analyse eines für die innere Struktur des Werkstoffs repräsentativen Volumenelements (RVE) basieren, das effektive linearelastische Materialverhalten auf der Makroebene berechnet und eine Vorhersage des makroskopischen Strukturverhaltens ermöglicht. Neben der Anpassung und Weiterentwicklung von Homogenisierungsverfahren stand dabei vor allem die effiziente Modellierung von RVE textilverstärkter Verbunde im Vordergrund. Unter Nutzung der erweiterten Finite-Elemente-Methode (X-FEM) wurde ein automatisiertes Verfahren zur Modellgenerierung entwickelt und erfolgreich eingesetzt.

Auf Basis der Ergebnisse der ersten Projektphase sollen die bisher durchgeführten Berechnungen effektiver Steifigkeiten zur Beschreibung des makroskopischen linearelastischen Materialverhaltens mit Hilfe von RVE und Homogenisierungsverfahren durch die Berücksichtigung von Nichtlinearitäten erweitert werden. Dabei stehen insbesondere die Formulierung geeigneter Materialgesetze zur Beschreibung des nichtlinearen Verhaltens der konstitutiven Bestandteile (Matrix, Faser) sowie die Verfahren zur nichtlinearen Homogenisierung im Vordergrund. Motiviert durch die stärkere Fokussierung des SFB auf strukturelle Anwendungen und Demonstratoren sowie durch das nichtlineare, prozessabhängige Materialverhalten von Textilverbunden (Schädigung, Dehnratenabhängigkeit) sollen ferner die nichtlinearen RVE- und Bauteilmodelle in einer adaptiven, gekoppelten Mehrskalen-Simulation zusammengeführt werden. Vorteile dieser Vorgehensweise sind der Verzicht auf die explizite Definition eines makroskopischen Materialgesetzes sowie die große Flexibilität der Modellierung. Durch die Untersuchung des nichtlinearen Verhaltens können die Reserven der im SFB betrachteten textilverstärkten Verbundstrukturen besser bewertet und damit ein konsequenter Leichtbau betrieben werden.