Versagenskriterium

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engl: failure criterion          Kategorie: Level 3 Material Mechanik

Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:Versagenskriterien_für_Faser-Kunststoff-Verbunde

Simulation

Ein Versagenskriterium ist eine Regel für die Bewertung von Ergebnissen einer Simulation, bei der geschichteter Werkstoff vorliegt. Bei der Simulation der Strukturmechanik werden nach der Lösung bei der Auswertung der Ergebnisse Vergleichsgrößen herangezogen. Die Anwendung von Versagenskriterien erlaubt eine Bewertung nicht nur für einzelne Schichten, sondern auch für das gesamte Laminat. Versagenskriterien legen den Spannungs- oder Dehnungszustand zugrunde, der als Ergebnis der Simulation berechnet wurde, und vergleichen diesen mit den Grenzwerten der Materialdaten.

Durch die anisotropen Eigenschaften des geschichteten Werkstoffs sind die Versagensmöglichkeiten komplexer und vielschichtiger als diejenigen eines isotropen Materials (wie z.B. Stahl, Aluminium, ..).

Für die maßgebenden Bereiche des Bauteils werden Versagensindikatoren verwendet. Dabei werden unterschiedliche Versagensmöglichkeiten untersucht wie etwa

• die First-Ply-Failure-Analyse: hierbei ist der Grenzwert das Versagen einer der (möglicherweise vielen) Schichten. Dabei wird die Zugspannung und Druckspannung für das Material (bei faserverstärkten Werkstoffen getrennt für das Faser- und das Matrix-Material) ausgewertet. Pauschale Annahmen enthalten zum Beispiel die Kriterien Maximum-Stress, Maximum-Strain, Tsai-Wu, Tsai-Hill, Hashin, Puck2D, Puck3D, Cuntze, LaRC (NASA Langley Research Center),
• die Last-Ply-Failure-Analyse: hiermit wird die Grenztragfähigkeit bis zum Versagen der letzten Schicht bei einer Fortsetzung der Belastung über die First-Ply-Failure hinaus simuliert. Hierbei wird oftmals eine Energie-Dissipation einbezogen. In der Simulation muss für die vorher versagenden Schichten eine Reduktion der Tragfähigkeit berücksichtigt werden (progressive damage),
• die Delaminations-Analyse (interlaminar failure): es wird untersucht, ob eine Trennung der Grenze zwischen Schichten auftritt. Hierbei sind sowohl die Normalspannung quer zur Schichtgrenze als auch die Schubspannung bestimmend (interface-delamination: Modellierung mit Interface-Elementen),
• die Debonding-Analyse: es wird ein Ablösen zwischen der Deckschicht und der Matrix von Sandwich-Strukturen untersucht. Dazu ist eine separate Modellierung dieser Schichten erforderlich (Micro- oder Meso-Skalen-Modellierung)(contact debonding: Modellierung mit Kontakt-Elementen),
• die Wrinkling-Analyse: es wird lokales Beulen einer Deckschicht unter Druckspannung untersucht und
• die Core-Failure-Analyse: es wird ein Versagen des Matrix-Kernmaterials untersucht.