FEM simulations of the interaction between progressive ply damage and delamination in fiber-reinforced laminates

In der Literatur ist ein quasistatischer Dreipunktbiegeversuch an einem kohlefaserverstärkten Laminatbalken durchgeführt worden, der in dieser Arbeit mit der Finite-Elemente-Methode simuliert wird. Zwei verschiedene Laminataufbauten, [0/0/0/0/90/90/90/90/0/0]s und [0/0/90/90/0/0/90/90/0/0]s, werden untersucht. Im Zuge der Modellierung wird der Ansatz gestapelter Schalen verfolgt. Dabei werden Schalenelemente, welche die Schichten darstellen, übereinander gestapelt, und mittels Kohäsivelementen mit endlicher Dicke, welche die Grenzflächen darstellen, verbunden. Für die Schichten wird das Hashin-Schädigungs-Konstitutivgesetz verwendet. Für die Grenzflächen wird ein Schädigungs-Konstitutivgesetz basierend auf einem linearen Spannungs-Separations-Gesetz verwendet. Beide erlauben die Modellierung von Schädigungsinitiierung und fortschreitender Schädigung in verschiedenen Versagensmodi. Zuerst werden Simulationen ohne fortschreitende Schädigung durchgeführt. Der Einfluss eines Eigenspannungszustands, welcher ein Ergebnis des nach dem Aushärten folgenden Abkühlprozesses ist, wird modelliert. Nachfolgende Simulationen zeigen, dass Hashin-Schädigungsbeginn früher auftritt, wenn die Eigenspannungen berücksichtigt werden. Als nächstes werden verschiedene nichtlineare Simulationen mit aktiviertem Schädigungsfortschritt entweder nur in den Schichten, oder nur in den Grenzflächen, durchgeführt. Die Ausbreitung der Schädigung wird diskutiert. Die Frage, ob eine Interaktion der zwei verschiedenen Schädigungsmechanismen vorhanden ist, soll beantwortet werden. Hierzu werden Simulationen mit gleichzeitiger Aktivierung beider Schädigungsmechanismen durchgeführt und mit den Experimenten verglichen. In den Simulationen zeigt sich eine eindeutige Interaktion der Schädigungsmechanismen, die jedoch anders als in den Experimenten ist.