Delaminierung

Helius PFA stellt ein leistungsstarkes benutzerdefiniertes Material-Unterprogramm für die Modellierung von auf kohäsiven Elementen basierender Delaminierung bereit.

Dieses Kohäsion berücksichtigende benutzerdefinierte Material-Unterprogramm ermöglicht die Anwendung verschiedener häufig genutzter konstitutiver Gesetze für die Modellierung von beginnender und fortschreitender Delaminierung. Diese grundlegenden Gesetze werden jedoch unter Verwendung derselben, die Konvergenz verbessernden Technologie gehandhabt, die Helius PFA zuvor auf intra-laminares Materialversagen angewendet hat. Aus diesem Grund ermöglicht Helius PFA eine unübertroffene Stabilität hinsichtlich der Modellierung der simultanen Entwicklung von intra-laminarem und inter-laminarem Versagen (Delaminierung) bei Verbundmaterialien und Strukturen. In diesem Abschnitt des Theoriehandbuchs werden die speziellen Details der auf kohäsiven Elementen basierenden Delaminierung erörtert. Weitere Informationen zur Verwendung der auf kohäsiven Elementen basierenden Delaminierung finden Sie im Helius-PFA-Benutzerhandbuch.

Es gibt zwei häufig verwendete Verfahren in der Finite-Elemente-Analyse für die Simulation von Delaminierung: die Virtual Crack Closure-Technik (VCCT) und die Cohesive Zone-Methode (CZM). VCCT ist eine globale knotenbasierte Methode, die Knotenreaktionskräfte und Verschiebungen zur Schätzung von Energiefreisetzungsraten nutzt. CZM wird meist als elementbasierter Ansatz implementiert, der konstitutive Beziehungen zwischen den Grenzflächen zur Prognose und Simulation von Delaminierung nutzt. Die auf kohäsiven Elementen basierende Formel wird in Helius PFA aus verschiedenen Gründen eingesetzt, die nachfolgend beschrieben sind.

1. Die auf kohäsiven Elementen basierende Formel prognostiziert sowohl den Beginn als auch den Fortschritt der Delaminierung, während die VCCT nur den Fortschritt vorhandener Delaminierungen prognostiziert.
2. Die auf kohäsiven Elementen basierende Formel erfordert keine Anwendung und Verwaltung von nicht penetrierenden Randbedingungen für delaminierte Flächen, da diese direkt durch die konstitutiven Beziehungen gehandhabt werden. Die VCCT erfordert viele zusätzliche Funktionen für die Anwendung und Verwaltung von nicht penetrierenden Randbedingungen für delaminierte Flächen.
3. Die auf kohäsiven Elementen basierende Formel ist vollständig kompatibel mit anderen Formen der Nichtlinearität, die gleichzeitig in der Lösung präsent sind. Im Gegensatz dazu setzt die VCCT ein linear elastisches Bruchverhalten voraus. Deshalb müssen alle vorhandenen Nichtlinearitäten zu jedem Zeitpunkt, an dem die Energiefreisetzungsrate berechnet und der Rissfortschritt berücksichtigt wird, konstant gehalten werden.