Peridynamische Modellierung, Identifizierung und Validierung des Verhaltens von Laminaten über die Schadigungsinitiierung hinaus

Mit der Entwicklung fortschrittlicher Fertigungstechnologien finden Verbundwerkstoffe und Laminate in der Technik breite Anwendung, da sie gegenüber herkömmlichen Werkstoffen Vorteile bieten. Während das Verformungsverhalten bis zum Beginn der Schädigung durch die klassische Kontinuumsmechanik mit zufriedenstellender Genauigkeit vorhergesagt werden kann, ist die Analyse des fortschreitenden Versagens jenseits des kritischen Schädigungszustands immer noch eine große Herausforderung. Die Peridynamik (PD) als nichtlokale Theorie der Kontinuumsmechanik ist sehr gut geeignet, um diskontinuierliche Probleme wie Materialversagen, Rissinitialisierung, Rissausbreitung, Rissmusterbildung und Rissinteraktionen zu analysieren. Basierend auf den jüngsten Aktivitäten der Forschergruppe (RG) an der OvGU Magdeburg zur PD-Modellierung von Rissmustern in Floatglas und zur Identifizierung von Langstreckenkräften in Peel-Filmen zielt dieses Projekt darauf ab, neuartige Formulierungen für Verbundlaminatstrukturen zu entwickeln, um Ingenieuren eine alternative Lösung für Bruchprobleme zu bieten. Ein neuartiges PD-Schadensmodell zur Beschreibung der Schadensentstehung, des Schadenswachstums und der Rissausbreitung auf einheitliche Weise wird von RG in der OvGU entwickelt. Auf der Grundlage früherer Forschungsarbeiten an Floatglas werden die verfügbaren experimentellen Daten zur Identifizierung von Materialparametern, zur Erfassung der anfänglichen Verteilung von Fehlern und zur Beschreibung von Schadensmustern in Ringbiegeversuchen an Glasplatten verwendet. Zur Validierung werden Kugelfallversuche simuliert und die Ergebnisse mit experimentellen Daten verglichen. Darüber hinaus werden nichtlokale Modelle entwickelt und in OvGU kalibriert, um die bei Schälversuchen beobachteten weitreichenden
Kräfte zu erfassen, die in Schälversuchen beobachtet werden. Durch die Anwendung des schichtweisen Ansatzes werden die Entwicklungen konsolidiert, um eine neue PD-Theorie für Laminate zu formulieren, die schweren Belastungen im postkritischen Schadensbereich ausgesetzt sind. Auf der Grundlage der verfügbaren experimentellen Daten zu Verbundglas wird ein Benchmark-Problem entwickelt und gelöst, um die theoretischen Entwicklungen sowie die analytischen und numerischen Lösungsverfahren zu verifizieren.

numerischen Lösungsverfahren zu überprüfen.

Peridynamic Modeling, Identification and Validation of Laminates Responses Beyond Damage Initiation

With the development of advanced manufacturing technologies,composite materials and laminates are widely used in engineering asthey are advantageous over traditional materials. While the deformation behaviour up to the damage initiation can be predicted bythe classical continuum mechanics with satisfactory accuracy,analysis of progressive failure beyond the critical damage state is still a major challenge. Peridynamics (PD) as a non-local continuum mechanics theory is very suitable for analyzing discontinuous problems such as material failure, crack initialization, crack propagation, crack patterns formation and crack interactions. Based on the recent activities of the research group (RG) in OvGU Magdeburg on PD modeling of crack patterns in float glass,identification of long-range forces in peel films, this project aims to contribute novel formulations for composite laminate structures to offer engineers an alternative solution to tackle fracture problems. A novel PD damage constitutive modeling framework to describedamage initiation, damage growth and crack propagation in a unifiedmanner will be developed by RG in OvGU. Based on the previous research on float glass, the available experimental data will be appliedto identify material parameters, to capture initial distribution of flawsand to describe damage patterns in ring bending tests on glassplates. For the validation, ball drop tests will be simulated and results will be compared with experimental data. In addition, non-local models will be developed and calibrated in OvGU to capture long-range
forces observed in peel tests. By the use of the layer-wise approach the developments will be consolidated to formulate a new PD theory for laminates subjected to severe loading in the post-critical damage regime. Based on the available experimental data on laminated glass, a benchmark problem will be developed and solved to verify the theoretical developments as well as analytical and
numerical solution procedures.