Anhang A.7: Schadensentwicklungsmethode (DEVO)
(Energiebasierte Degradation ist nicht kompatibel mit gewebten Materialien)
Wenn der Wert des Feld DEVO INSTANT lautet, wird die sofortige Degradation verwendet. Wenn der Wert KBT ist, wird die energiebasierte Degradation verwendet.
Sofortige Degradation
Die direkte Degradation ist die von Helius PFA verwendete vorgabemäßige Schadensentwicklungsmethode. Wenn ein Schaden durch das Ausfallkriterium prognostiziert und die sofortige Degradation verwendet wird, wird die Steifheit der Faser und/oder Matrix sofort statt schrittweise auf den minimalen Wert reduziert. Der Umfang der Reduktion wird durch die Matrix- und Faserdegradationszahlen (MPSTIF und FPSTIF) gesteuert. Beachten Sie, dass bestimmte Ausfallkriterien, wie z. B. max. Spannung, nicht zwischen Matrix und Faser unterscheiden. Bei diesen Kriterien wird die Steifheit des Verbundwerkstoffs bei prognostiziertem Ausfall sofort reduziert, während ansonsten die Steifheiten von Matrix oder Faser unabhängig voneinander reduziert werden. Die Abbildung unten veranschaulicht die Wirkung einer sofortigen Steifheitsreduktion, wobei die Steifheit des Verbundwerkstoffs bei unterschiedlichen Schadenszuständen gezeigt wird. Die Steifheit des Verbundwerkstoffs bleibt konstant, bis der Matrixausfall auftritt, wodurch die Steifheit der Matrix auf einen bestimmten Anteilwert (MPSTIF) der ursprünglichen Steifheit reduziert wird. Die Reduktion der Matrixsteifheit entspricht einer reduzierten Verbundwerkstoffsteifheit und diese Reduktion wird in einem einzigen Schritt angewendet. Wenn ein Faserausfall auftritt, wird die Steifheit entsprechend FPSTIF reduziert und die Verbundwerkstoffsteifheit wird erneut entsprechend verringert.
Energiebasierte Degradation
Die energiebasierte Degradation berücksichtigt die restlasttragende Funktion einer ausgefallenen Verbundlage, die in ein Verbundlaminat eingebettet ist. Wenn die energiebasierte Degradation aktiviert ist, reduziert Helius PFA die Steifheit des Verbundwerkstoffs nach dem Auslösen eines Ausfallkritieriums schrittweise, anstatt die Verbundwerkstoffsteifheit sofort zu reduzieren. In diesem Fall identifiziert das Ausfallkriterium einfach den Beginn eines Ausfalls. Nachdem das Ausfallkriterium ausgelöst wurde, wird die Steifheit der Verbundwerkstoffkonstituente schrittweise über eine Reihe von einzelnen Steifheitsreduktionen reduziert. Diese Reduktionen werden angewendet, wenn der Dehnungszustand weiter über das Niveau bei Ausfallbeginn ansteigt. Wenn Sie diese Funktion verwenden, kann die Schadenszustandsvariable PFA zur Identifizierung des Fortschritts des Verbundwerkstoffschadens genutzt werden, wenn sich die Dehnung weiter erhöht. Eine ausführliche Beschreibung der energiebasierten Nichtlinearitätsfunktion finden Sie im Theoriehandbuch. Welche Steifheitsreduktionen jeweils erfolgen, hängt vollständig vom Ausfallzustand des Verbundwerkstoffs ab.
Matrixausfälle:
Im Falle eines Matrixausfalls werden die Verbundwerkstoffe 
, 
, 
, 
und 
linear degradiert, und zwar mit dem Verhältnis
wobei
die degradierte Verbundwerkstoffeigenschaft ist, 
die ursprüngliche Verbundwerkstoffeigenschaft und dm die Degradationskonstante aufgrund des Matrixausfalls, angegeben durch
In der obigen Gleichung ist 
ein für Verbundwerkstoffe effektives Dehnungsmaß, angegeben durch
ist der Wert für das effektive Dehnungsmaß von Verbundwerkstoffen bei Matrixausfall und 
ist der letzte effektive Dehnungswert angegeben durch
wobei Gm die gesamte vor und nach einem Matrixausfall im Verbundwerkstoff verbrauchte Energie ist (MDE). 
ist die effektive Spannung des Verbundwerkstoffs bei Matrixausfall und wird auf die gleiche Weise berechnet wie die Gleichung A7.1. Le ist die repräsentative Elementlänge definiert durch Autodesk Inventor Nastran.
Die Definition der endgültigen effektiven Dehnung angegeben in der Gleichung A7.4 geht von einer linearen Degradation des Verhältnisses zwischen effektiver Spannung und effektiver Dehnung des Verbundwerkstoffs aus, wie unten gezeigt.
Um die MCT-Zerlegung zu erhalten und Spannungen in den Konstituenten nach einem Matrixausfall präzise zu erfassen, werden die Eigenschaften der Matrixkonstituente auch degradiert, um eine konsistente Beziehung von der Mikro- zur Makroskalierung zu erzwingen.
Faserausfälle:
Ein Faserausfallereignis führt in ähnlicher Weise zu einer linearen Degradation der Verbundwerkstoffe 
, und , wie zur Degradation der Verbundwerkstoffeigenschaften aufgrund eines Matrixausfalls, wobei die effektive Dehnung definiert wird als
und die effektive Spannung in ähnlicher Weise definiert wird. Die Längsscherdegradation wird jedoch angegeben durch
Dadurch wird erzwungen, dass die Schersteifheit die effektive Dehnung ausschließlich verringert.
Der Hauptunterschied zwischen Matrixausfällen und Faserausfällen ist der Bedarf an Konstituenteninformationen. Bei einem Faserausfall wird davon ausgegangen, dass die Matrix ebenfalls ausfällt, und es sind keine Konstituenteninformationen für weitere Ausfallberechnungen erforderlich. Daher werden die Konstituenteneigenschaften nach Faserausfällen nicht aktualisiert.
Die Bereitstellung der Abfuhrenergien für Matrix- und Faserausfallereignisse ermöglicht dem energiebasierten Degradationsschema die Berechnung der degradierten Verbundwerkstoff- und Konstituenteneigenschaften nach einem Ausfallereignis als Funktion der Erhöhung der Verbundwerkstoffdehnung. Die energiebasierte Degradation verringert die Netzabhängigkeit von einer endgültigen Lösung und bietet eine leistungsstarke progressive Schadensanalyse.
, und entsprechend der Matrixdegradationsenergie degradiert; andernfalls werden , und entsprechend der Faserdegradationsenergie degradiert.Anmerkung zur diskreten Intervallunterteilung:
Die energiebasierte Schadensfunktion von Helius PFA verwendet mehrere einzelne Intervalle bei linearer Degradierung des Verbundwerkstoffs, wie unten dargestellt. Jedes Intervall verwendet ein Sekantenmodul zum Definieren der Reaktion des Verbundwerkstoffs in diesem Intervall. Bei Problemen, bei denen die Gesamtenergie etwa einem gleichschenkligen Dreieck entspricht, erfassen die Intervalle die Reaktion des Verbundwerkstoffs genau.
Bei Analysen, in denen die Gesamtenergie wie unten gezeigt einem stark verzerrten Dreieck entspricht, erfasst die Intervallunterteilung nicht genau die lineare Abschwächung des Verbundwerkstoffs in frühen Dehnungsebenen. Dies ist vollständig auf die Anzahl der Intervalle zurückzuführen, die für die schnelle und zuverlässige Behandlung des Problems verwendet werden. Besonders die Spannungssekantenintervalle bei Dehnungsgraden in Ausfallnähe behalten eine hohe Steifheit und können zu einer Fehlinterpretation des Spannungszustands des Verbundwerkstoffs führen. Wenn Sie bei einer Analyse eine lineare Degradationskurve definieren müssen, bei der die endgültige effektive Dehnung über 100 Mal über der anfänglichen effektiven Dehnung liegt, wenden Sie sich an den Autodesk-Support.
