Nummerische Untersuchungen zur Abbildung des progressiven Schädigungsverhaltens von CFK

Die kosteneffiziente Entwicklung von Bauteilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen (FVK) erfordert die Nutzung von Simulationstools mit einer hohen Vorhersagegenauigkeit. Gerade im Bereich der Crashsimulation von FVK-Strukturen weisen bestehende Berechnungsmethoden noch große Defizite auf, da die teils physikalisch unbegründeten Parameter der Materialmodelle oftmals nur für die der Kalibrierung zu Grunde liegenden Bauteilgeometrien und Lastfälle gültig sind. Eine Herausforderung stellt insbesondere die Modellierung der Schädigungsentwicklung dar, d. h. des Materialverhaltens nach Überschreiten der Festigkeitsgrenze. Erste Modellansätze, die die Schädigungsentwicklung anhand eines experimentell bestimmbaren Materialkennwertes - der Bruchzähigkeit - modellieren, zeigen das Potenzial einer derartigen Modellierung auf, sind aber wenig ausgereift. Auf diesem Ansatz aufbauend wird daher ein Materialmodell entwickelt, welches die relevanten Werkstoffeffekte von FVK bis zur vollständigen Schädigung im Bereich der quasi-statischen bis kurzzeitdynamischen Belastung umfasst und dessen Parameter vollständig auf Probekörperebene bestimmt werden können. Durch eine geschlossene Implementierung in eine kommerzielle Finite-Elemente-Software ermöglicht das Modell die Abbildung des komplexen Versagensverhaltens von FVK-Strukturen. Neben der Modellentwicklung wird in dieser Arbeit auch die Validierung des Materialmodells anhand verschiedener Lastfälle dargestellt, wobei auch die Anwendbarkeit für die tägliche Ingenieurspraxis gezeigt wird.