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Scholarly Research Paper, 2006, 29 Pages
Author: Carsten Kröner
Subject: Materials Science
Details
Tags: Implementierung, Versagenskriteriums, Puck, Programmsystem, ANSYS
Year: 2006
Pages: 29
Grade: 1,0
Bibliography: ~ 6 Entries
Language: German
ISBN (E-book): 978-3-638-85848-9
File size: 744 KB
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Abstract
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Versagenskriterium nach Puck in ANSYS (Version 8.1) zu implementieren. Dieses Ziel wurde dahingehend erreicht, dass es mithilfe einer Materialsubroutine nun möglich ist den Anstrengungsfaktor nach Puck mit ANSYS zu berechnen. Die erhaltenen Ergebnisse unterscheiden sich in den behandelten Beispielen teilweise erheblich von denen nach Tsai-Wu. Die Anstrengungsfaktoren nach Puck und Tsai-Wu unterscheiden sich um bis zu Faktor 2. Es scheint, dass weder Tsai-Wu noch Puck konstant konservativere Ergebnisse liefern. Vielmehr scheint es so, dass für Mode A Belastungen Puck konservativer und für Mode C Belastungen Tsai-Wu konservativer ist.
Excerpt (computer-generated)
MARTIN-LUTHER-UNIVERSITÄT HALLE-WITTENBERG
FACHBEREICH INGENIEURWISSENSCHAFTEN
Professur Technische Mechanik
Implementierung des Versagenskriteriums nach
Puck in das Programmsystem ANSYS
Studienarbeit II
vorgelegt
von
Carsten Kröner
Abgabe: 14.11.2006
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 3
1. Einleitung 4
1.1. Kriterium der maximalen Spannungen 5
1.2. Kriterium nach Tsai-Wu 6
1.3. Kriterium nach Puck 6
2. Implementierung in ANSYS / Hinweise zur Benutzung 11
2.1 Algorithmus zur Implementierung von Versagenskriterien 11
2.2 Erläuterungen zur Abarbeitung der Subroutine 12
2.3 Hinweise zur Benutzung 13
3. Ergebnisse und Diskussion 15
3.1 Einfache Spannungszustände 15
3.2 Kombinierte Spannungszustände 17
4. Zusammenfassung und Ausblicke 23
5. Abkürzungs- und Quellenverzeichnis 24
6. Anhang 26
6.1. Quellcode 26
1. Einleitung
Faserverbundwerkstoffe unterscheiden sich von herkömmlichen Werkstoffen durch ihre heterogene Struktur. Daraus folgen ausgeprägte Unterschiede im Werkstoffverhalten. Verbundwerkstoffe zeigen, je nach Orientierungsgrad der Fasern, stark richtungsabhängige Eigenschaften. Dies äußert sich in unterschiedlichem Zug-Druck Verhalten und in erheblichen Unterschieden der Werkstoffkennwerte in Abhängigkeit der Belastungsrichtung zur Faserrichtung.
Aufgrund des Übergangs vom isotropen Werkstoff zum anisotropen, existieren nicht mehr unendlich viele Symmetrieebenen der Kennwerte. Möchte man dieses Verhalten beschreiben, werden dafür mehr Kennwerte benötigt. Diese Kennwerte sind der EModul / Schubmodul für bestimmte Raumrichtungen und die Querkontraktionszahl. Aus der heterogenen Struktur ergeben sich im Vergleich zum isotropen Werkstoff neue Versagensmöglichkeiten. Die wichtigsten Möglichkeiten sind das Loslösen der Faser aus der Matrix, der Faserbruch und der Matrixbruch.
Die Interaktion von Faser und Matrix kann mit mikromechanischen Modellen beschrieben werden. Ein häufiger Ansatz um den rechnerischen Aufwand in Grenzen zu halten und den Übergang in eine makroskopische Ebene zu schaffen, liegt in dem Versuch einer Homogenisierung des Modells. Innerhalb eines Gebietes gleicher Faserorientierung können nach den Mischungsregeln oder experimentell effektive Materialkennwerte bestimmt werden.
Nachdem die Spannungen und Dehnungen im Bauteil berechnet wurden, müssen diese noch bewertet werden. Die Bewertung wird anhand von Versagenskriterien durchgeführt. Der Spannungs- und Verzerrungstensor, der den Spannungs- oder Verzerrungszustand beschreibt, kann so zerlegt werden, dass eine seiner Komponenten mit der Faserrichtung zusammenfällt. Die Komponenten des, auf diese Weise zerlegten, Tensors werden in Versagenskriterien eingesetzt.
BILD 1.1 Lage des lokalen Koordinatensystems (x-y) zu dem Materialkoordinatensystem (e1-e2)
[...]
Die Bewertung des Belastungszustandes kann nach verschiedenen Kriterien erfolgen. In etablierten Programmsystemen wie ANSYS sind bereits verschiedene Versagenskriterien (Maximum Stress, Maximum Strain, Tsai-Wu) integriert. Ziel dieser Studienarbeit ist es, das Versagenskriterium nach Puck zu implementieren. Anschließend soll in Benchmarks geklärt werden, wo Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Kriterien nach Tsai-Wu und Puck liegen. [4], [5]
1.1. Kriterium der maximalen Spannungen:
Die auftretenden Spannungen werden in Komponenten, die mit den Materialrichtungen zusammenfallen, zerlegt. Diese Spannungen werden mit den Festigkeiten in bestimmten Raumrichtungen sowie mit den Scherfestigkeiten verglichen. An den Stellen, an denen die lokale Spannung die Festigkeit erreicht, versagt das Bauteil. Dieses Kriterium berücksichtigt keine Spannungsinteraktionen, die bei einem mehrachsigen Spannungszustand auftreten können. [4]
1.2. Kriterium nach Tsai-Wu:
Ein Laminat im ebenen Spannungszustand versagt, wenn die folgende Ungleichung verletzt wird.
[....]
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