Forschung
Abteilung Verbunde
Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung

Forschungsschwerpunkte in der Abteilung Verbunde

© FBG / C. Bierwagen
© FBG / C. Bierwagen

Die Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit von Tragstrukturen ist für die Mobilität und regenerative Energie aus technischer als auch wirtschaftlicher Sicht von zentraler Bedeutung. Entsprechend kommen dem Verständnis des Struktur- und Materialverhaltens unter unterschiedlicher Umwelteinflüssen (Temperatur, Feuchtigkeit etc.) sowie der Prognosefähigkeit von Schäden Schlüsselrollen bei der Entwicklung leichter Bauteile, zuverlässiger Anlagen und der Erzielung geringer Stromgestehungskosten zu. Dabei sind physikalisch motivierte numerische Simulationsmodelle ein wesentlicher Bestandteil des Entwicklungsprozesses von nachhaltigen Tragstrukturen. Um die Effizienz der Simulationsmodelle zu erhöhen und somit den Anwendungsbereich zu erweitern, werden Reduktionsmethoden und maschinelles Lernen herangezogen. Die Abteilung Verbunde vereint die Begriffe Nachhaltigkeit, Nutzungsdauer und Methodeneffizienz. Die wissenschaftlichen Arbeiten gliedern sich in die folgenden Hauptforschungsfelder:

Composite Materials

In der Composite Materials Gruppe werden neuartige und detaillierte Simulationsmodelle entwickelt. Dabei werden hier Materialgesetze und Versagensmodelle von Faserverbunden und Nanoverbunden auf unterschiedlichen Skalen von der Nano- bis zur Mesoskala entwickelt. Auf Nanoebene kommen atomistische Simulationsmethoden zum Einsatz, um die atomare Bestandteile molekulardynamisch zu modellieren, während auf Mikro- und Mesoebene physikalisch motivierte konstitutive Materialmodelle entwickelt und in einem Finite Elemente Framework integriert werden. Die Materialmodelle berücksichtigen dabei unter anderem nichtlineare Viskoelastizitäten, Viskoplastizitäten, Schädigungen und unterschiedliche Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperatur. Dabei werden bei der Materialmodellierung sowohl monotonische als auch zyklische Belastungen berücksichtigt.

Stabilität, Dynamik und Ermüdung

Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Stabilitätsanalyse und der dynamischen  Analyse von schlanken und dünnwandigen Strukturen.  Ein zweites Thema ist die Ermüdungsanalyse von Faserverbundstrukturen. Wichtige Aspekte in dieser Arbeitsgruppe  sind probabilistische Analyse und Modellreduktion.

AKTUELLE FORSCHUNGSPROJEKTE

Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
Team:  M.Sc. Martin Brod
Jahr:  2020
Förderung:  Internes Projekt
Laufzeit:  seit 2020