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Numerische Mikromechanik von Gewebe-Kunststoffverbunden. Festigkeitsbestimmung von Faser-Kunststoffverbunden, Versagenssimulation von Gewebe-Kunststoffverbunden

Holger Thom

ISBN 978-3-89722-233-5
193 Seiten, Erscheinungsjahr: 1999
Preis: 40.00 €

Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein verbessertes Verständnis der Bruchvorgänge eines Gewebekunststoffverbundes bei biaxialer Belastung zu vermitteln, so daß die mehrachsige Auslegung von Gewebeverbunden fundierter erfolgen kann. Die strukturmechanische Analyse erfolgt mit der Finite Elemente Methode auf mikromechanischer Ebene. Die Multifilamentgarne, aus denen das Gewebe hergestellt wurde, werden zusammen mit dem eingelagerten Epoxidharz als monolithischer Werkstoff betrachtet. Dadurch können die Erkenntnisse aus der Untersuchung unverwobener Verbunde auf die Analyse von Geweben übertragen werden. Diesem Thema widmen sich die ersten Kapitel.

Dazu werden zunächst Modelle beschrieben, wie man aus den Eigenschaften der Konstituenten auf das Verhalten des Verbundes schließen kann. Dann folgen die Versagensmechanismen in einer unidirektionalen Verbundschicht für die einzelnen Belastungsarten sowie der Einfluß der Geometrie und der Umgebungsbedingungen auf die Festigkeit. Da für die Gewebeanalyse ein Festigkeitskriterium benötigt wird, daß einen bruchauslösenden mehrachsigen Spannungszustand identifizieren kann, und man auch die experimentellen Möglichkeiten der Verifikation kennen sollte, werden schließlich eine Vielzahl von Festigkeitskriterien und Prüfmethoden dargestellt und miteinander verglichen. Damit wird das Gebiet der unverwobenen Verbunde verlassen. Ein Literaturüberblick führt in den Themenbereich der Gewebeverbunde ein. Neben einer Begriffsdefinition und einer Beschreibung der Versagensmechanismen von Geweben liefern die Ergebnisse anderer Autoren eine Vergleichsbasis für die neuen Untersuchungen.

Zunächst wird ein neues geometrisches Modell entwickelt, um die reale Gewebegeometrie besser wiederzugeben, als das die bisherigen Modelle vermochten, und mit herkömmlichen Gewebemodellen verglichen. Zwei Konstruktionsweisen sind in einen neuen Preprozessor eingeflossen, der das FE-Modell automatisch generiert. Der Vergleich beider Modelle erfolgt im Rahmen einer Parameterstudie.

Eigen durchgeführte Zugversuche, bei denen der Verbund sowohl im Zug- als auch im Schubmodus versagte, werden mit einem FE-Modell erfolgreich simuliert. Auch die Simulation eines aus der Literatur bekannten Schubversuches verläuft zufriedenstellend. Da die Randbedingungen in Dickenrichtung bei der Analyse von Bedeutung sind, wird der Einfluß von unterschiedlich verschobenen Nachbarschichten und von Laminatoberflächen auf den Spannungszustand in einer Gewebeschicht untersucht. Die mehrachsige Analyse findet im x - y- und im x- xy-Raum für zwei unterschiedlich wellige Gewebe statt. Es zeigt sich, daß die Bruchkörper qualitativ und quantitativ voneinander deutlich abweichen, da bei dem welligen Gewebe der Schubmodus und beim gestreckten Gewebe der Faserbruchmodus als Versagensursache dominiert.


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