Anhang D: zusätzliche Informationen zur Angabe von Kniestärken für Dateien für gewebtes Material

Einer der wichtigsten Vorteile von MultiContinuum Theory (MCT) für die Schadensanalyse für Verbundwerkstoffe ist der, dass die Ausfallkriterien auf einzelne Verbundwerkstoffkonstituenten angewendet werden können. Wenn ein Konstituentenausfall prognostiziert wird, ist die Degradation der Verbundwerkstoffsteifheit konsistent mit der Reduktion der Steifheit der ausgefallenen Konstituente. Obwohl diese Methode berechnungseffizient und eine intuitive Methode für Verbundwerkstoffausfälle ist, stellen gewebte Verbundwerkstoffe eine besondere Herausforderung dar: Standardtestdaten enthalten keine Informationen über den Ausfall von Matrixkonstituenten. Die in der Regel in Datenblättern erfassten Zug-, Druck- und Scherfestigkeiten entsprechen endgültigen Faserausfällen.

Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir zur Beschreibung der Matrix das, was häufig als "Kniestärke" bezeichnet wird. Wie oft experimentell beobachtet werden konnte [1-11], ist die Kniestärke die Spannung in einem vorgabemäßigen Zug-, Druck- oder Schertest, wenn sich die Neigung der Spannungs- bzw. Dehnungskurve ändert. Diese Neigungsänderung ist zurückzuführen auf Ausfälle in der Intra-Garn-Matrix quer zur Belastung, wie durch akustische Emissionsuntersuchungen nachgewiesen wurde (z. B. [1,7,11]). Ein Idealfall dieses Verhaltens für Zug- oder Drucklast wird in der Abbildung unten gezeigt, wobei die Spannungen und Dehnungen durch die entsprechenden endgültigen Ausfallniveaus normalisiert werden. Zu Beginn wird eine lineare Reaktion bis zur Kniestärke beobachtet. Das Verhalten nach der Kniestärke hängt von der Steifheitsreduktion ab. Die roten und schwarzen Kurven entsprechen einer Steifheitsreduktion von 10 % bzw. 20 %. Die gestrichelte Linie zeigt das Verhalten, wenn kein Knie beobachtet wurde. Beachten Sie, dass sich das Knie möglicherweise nicht unmittelbar bei einem oberflächlichen Blick auf die Kurve feststellen lässt.

Das Scherverhalten in gewebten Verbundwerkstoffen wird durch das Auftreten von nichtlinearem elastischem Verhalten komplizierter. Daher ist im Gegensatz zu den Zug- oder Drucktests die Kniestärke nicht exakt definiert. Die Wahl der Kniestärke ist hier eine Frage des technischen Urteilsvermögens. Die Kurve unten zeigt eine typische Scherspannungs-/-dehnungskurve sowie einen empfohlenen Wertebereich für die Auswahl der Kniestärke.

Wie bereits gezeigt, erhalten Sie die Kniestärken durch Betrachtung der Zug-, Druck- und Scherspannungs-/-dehnungskurven für eine gewebte Lage. Es kann jedoch sein, dass Sie keinen Zugriff auf diese Kurven haben. Falls die Kniestärken nicht bekannt sind, kann Composite Material Manager automatisch angemessene Kniestärken berechnen, sodass die Matrixausfälle im gewebten Verbundwerkstoff trotzdem erfasst werden können. Die derzeit verwendete automatische Berechnung beginnt mit der Annahme, dass die Scherkniestärke 75 % der maximalen Scherfestigkeit beträgt. Die Zug- und Druckkniestärken werden mit 75 % der jeweiligen endgültigen Festigkeiten für Glas/Epoxid-Gewebe und mit 85 % der jeweiligen Festigkeiten für Carbon/Epoxid-Gewebe definiert. Während dieser Initialisierung wird die Zugkniestärke angepasst, um sicherzustellen, dass Querzugspannungen in der Matrix Zugausfälle statt Scherausfälle verursachen. Wenn die Kniestärken nicht bekannt sind, wird dringend empfohlen, dass Sie die automatische Berechnung von Composite Material Manager verwenden.

Wenn Nichtlinearität vor Ausfall aktiviert ist, empfiehlt Autodesk, die Scherkniestärke in der Ebene (S12k) auf den gleichen Wert wie die zugehörige Zugfestigkeit (S12) zu setzen. Die Berechnungen zur Nichtlinearität vor Ausfall verwenden die Zugfestigkeit, um die stückweise Darstellung der nichtlinearen Längsscherreaktion zu kalibrieren. Wenn die Kniestärke unterhalb der Zugfestigkeit liegt, entspricht die stückweise Darstellung auch nicht den experimentellen nichtlinearen Scherungsdaten.

Literaturverweise

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