Numerische Methoden sind wesentliche Werkzeuge zur Analyse des Verhaltens von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen unter verschiedenen Belastungsbedingungen, die Ingenieuren helfen, die Leistung vorherzusagen, Designs zu optimieren und die Sicherheit in Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Sportgeräten zu gewährleisten.

Finite Element Analysis (FEA)

Finite-Elemente-Analyse ist eine weit verbreitete numerische Technik, die eine komplexe Struktur in kleinere, handhabbare Elemente unterteilt. Sie ermöglicht eine detaillierte Simulation von Spannung, Dehnung und Verformung in Verbundwerkstoffen unter Belastung. FEA-Modelle können Materialheterogenität und Anisotropie, die für Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe charakteristisch sind, integrieren.

Mikromechanische Modelle

Mikromechanische Modelle konzentrieren sich auf das Verhalten einzelner Fasern und der umgebenden Matrix. Diese Modelle analysieren, wie die Lastübertragung zwischen Fasern und Matrix stattfindet, und sagen Fehlermechanismen und die Gesamtreaktion der zusammengesetzten Fasern voraus. Sie sind nützlich, um den Einfluss der Faserorientierung und -verteilung zu verstehen.

Progressive Schadens- und Ausfallmodelle

Progressive Schadensmodelle simulieren die Entstehung und das Wachstum von Schäden innerhalb des Verbundwerkstoffs. Sie helfen dabei, Fehlerarten wie Faserbruch, Matrixriss und Delamination vorherzusagen. Diese Modelle sind entscheidend für die Beurteilung der Haltbarkeit und Sicherheit von Verbundstrukturen unter längeren oder extremen Belastungen.

Gemeinsame numerische Techniken

  • Finite-Elemente-Methode (FEM)
  • Grenzelementmethode (BEM)
  • Meshfree-Methoden
  • Multiskalenmodellierung