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Versagenskriterien für Verbundstoffe

Verbundversagen

Um zu bestimmen, ob ein Verbund unter Belastung versagt, berechnet das Programm zunächst die Spannungen über die verschiedenen Lagen. Anschließend wird mit einer Versagenstheorie ein auf diesen Spannungen basierendes Versagenskriterium angewendet. Ein Verbund versagt, wenn eine erste Lage oder eine erste Gruppe von Lagen versagt.

Das Versagen von Verbundstoffen erfolgt in mehreren Schritten. Der Verbund versagt, wenn die Spannung in der ersten Lage oder einer ersten Gruppe von Lagen groß genug ist. Dieser Punkt des Versagens ist das erste Lagenversagen (FPF, First Ply Failure), nach dem ein Verbund weiterhin die Last tragen kann. Für eine sichere Konstruktion sollte der Verbund keiner Spannung ausgesetzt sein, die groß genug ist, um ein FPF zu bewirken. Der Punkt, an dem der Verbund völlig versagt, wird als ultimatives Verbundversagen (ULF, Ultimate Laminate Failure) bezeichnet. Ein Verbundversagen erfolgt auf mikromechanischer Ebene bei Faserschäden, Matrixbruch oder Grenzschicht- bzw. Phasengrenzflächen-Versagen. Diese lokalen Versagensmodi können nicht für eine zufrieden stellende Vorhersage eines globalen Verbundversagens verwendet werden.

Versagenstheorien für Verbundstoffe ermöglichen die Vorhersage eines globalen Verbundversagens. Diese Versagenstheorien können interaktiv, nicht-interaktiv oder teilweise interaktiv sein. Die nicht-interaktiven Theorien berücksichtigen anders als die interaktiven nicht die Interaktion zwischen verschiedenen Spannungskomponenten.

Folgende drei Theorien stehen für Verbundversagenskriterien zur Verfügung:
  • Tsai-Hill-Versagenskriterium
  • Tsai-Wu-Versagenskriterium
  • Maximales Spannungskriterium


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