Materialmodelle für Verbunde Textilverstärkte Duromere, Beton, Gefüllte Elastomere
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- Martin Günther
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1 Materialmodelle für Verbunde Textilverstärkte Duromere, Beton, L. Nasdala, G. Ernst, K.-U. Schröder, R. Rolfes Inhalt Textilverstärkte Duromere Untersuchte Materialien Berechnungsebenen Bruchkriterien Textilverstärkte Duromere
2 Berechnungsebenen Biaxialgestrick Multiaxialgelege Textilverstärkte Duromere Festigkeitsmodell auf Einzelschichtebene Originalansatz von Puck: Für unidirektionale Schichten Unterscheidung - Faserbruch (Maximalspannungskriterium) - Faserparallelen Zwischenfaserbruch (diskrete Festigkeiten R N, R LT = R NL = R NT ) Modifikationen: Einfaches Parabolisches Kriterium (EPK) (Praktische Vereinfachung und mathematische Stabilisierung) Erweiterung für in Dickenrichtung verstärkte Einzelschichten (Juhasz, 2003) Textilverstärkte Duromere
3 Nutzbarmachung des Kriteriums von Juhasz Kontinuierliche Festigkeit: Ziel: Mikromechanische Berechnung der Festigkeitsparameter für Zwischenfaserbruch in Abhängigkeit von Maschenfadendichte Maschenfadenorientierung Bruchwinkel θ R R R ( +, ) N ( +, ) NT ( +, ) NL = R ~ = + θ + R ~ (, ) sin ² θ + R ~ z cos ² + sin 2θ + R ~ (, ) z + sin θ + R ~ yz (, ) cosθ + + ( R ~ (, ) + R ~ (, ) ) = R ~ ( +, ) y y ( +, ) xy xz ( +, ) yz sin 2θ Textilverstärkte Duromere Inhalt Beton Einleitung Materialmodell Kopfbolzendübel Beton
4 Einleitung Stahl-/Stahlbeton-Verbundbauweise: Beton im Druckbereich Stahl in Zugzone Verbundsicherung durch Kopfbolzendübel (KBD) Beton Einleitung Anforderungen an Materialmodelle für Beton: Berücksichtigung zyklischer Belastungen im Rahmen von Lebensdauer-Analysen Erfassung komplexer, mehraxialer Spannungszustände Beton
![,1995] Einaxialer Zug-/Druckversuch (Sinha et al.](/docs-images/63/49087141/images/5-2.jpg ", 1964) Generalisiertes Prandtl-Modell Zyklischer")
5 Materialmodell [Scholz et al., 1995] Mehraxiale Versuche [Scholz et al.,1995] Einaxialer Zug-/Druckversuch (Sinha et al., 1964) Generalisiertes Prandtl-Modell Zyklischer Druckversuch Beton Kopfbolzendübel im Verbundbau Kopfbolzendübel im Versuch Tragmodell [Lungershausen, 1988] Berechnete Verschiebung Berechnete Betonschädigung Beton
6 Push-Out-Versuch np Dü HE260B Versuchsaufbau nach EC 4 Modell ohne Reibungsansatz Beton Inhalt - Einleitung - Sauerstoffdiffusions- und -reaktionsvorgänge - Zyklischer Zugversuch - Generalisiertes Materialmodell - Physikalischer Ansatz Kraftfeldansatz Kohlenstoffnanoröhren Elastomere
7 Einleitung Ziel: Vorhersage des Alterungsverhaltens von Elastomerwerkstoffen mittels numerischer Simulationen Einflussfaktoren: Mechanische Beanspruchungen Temperatur Chemische Beanspruchungen (insbesondere Sauerstoff) Modellierung der Sauerstoffdiffusionsund -reaktionsvorgänge
8 Berechnung der Sauerstoffdiffusion bei Faserverbunden Reifenkomponenten Längsrichtung Querrichtung Homogenisiertes Material Zyklischer Zugversuch
9 Zyklischer Zugversuch Simulation Versuch Phänomenologischer Ansatz Simulation Generalisiertes Materialmodell [Kaliske und Rothert (1999), Nasdala (2000), Kaliske, Nasdala, Rothert (2001)]
10 Elastomerwerkstoffe Ist es möglich die elastischen Potentiale des Kraftfeldansatzes zur Berechnung von inelastischem Materialverhalten einzusetzen? Naturkautschuk (NR) Potentielle Energien des DREIDING-Kraftfeldes Chemische Bindungen: E val = E B Abstandsänderung + E A Biegung + E T Torsion + E I Inversion Physikalische Bindungen: E nb = E vdw Van der Waals-Kräfte + E Q Elektrostatische Kräfte + E hb Wasserstoffbrücken
11 Neues 4-Knoten-Element Basis: DREIDING- Kraftfeldansatz Nur Verschiebungsfreiheitsgrade Einzelkomponenten: - 3 Normalfedern - 2 Biegefedern - 1 Torsionsfeder 6 Einzelkomponenten des neuen Nanoelements Überlagerungstechnik Test des neuen 4-Knoten-Elements Zugversuch: Materialversagen (Defektgruppe dg2)
12 Test des neuen 4-Knoten-Elements Torsionsversuch: Verzweigungsproblem (Kein Defekt, dg0) Test des neuen 4-Knoten-Elements Torsionsversuch: Durchschlagproblem (Defektgruppe dg3)
13 Abstandsänderungsenergie c B Morse E B Morse E B lin D e Linearer Ansatz: c B lin 0 Morse-Ansatz: Gleichgewichtsabstand R e = 1,39 Å Biegepotential Linearer Ansatz: Nichtlinearer Ansatz: Gleichgewichtswinkel θ J 0
14 Ermittlung eines Gleichgewichtszustands Dynamische Berechnung mit schrittweise reduzierter Dämpfung Zyklischer Zugversuch Dynamische Umordnung von chemischen und physikalischen Bindungen
15 Zyklischer Zugversuch Softening und Hystereseschleifen Netzabhängige Ergebnisse
16 Mittelung der Ergebnisse Simulation mit 10 mal 100 Atomen Ergebnis: Elastische Berechnung inelastischer Effekte ist möglich! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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