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Übersicht über Verbundstoffschalen

Verbundstoffe sind eine Kombination von zwei oder mehr Materialien, die unterschiedliche makroskopische Eigenschaften aufweisen. In der Regel gibt es zwei Materialphasen, die nicht ineinander löslich sind. Eine von ihnen ist die Verstärkungsphase (zum Beispiel Kohlenstoff- oder Glasfaser, Quarzpartikel), die andere ist die Matrixphase (zum Beispiel Epoxidharz, Vinylester), in der die Verstärkungsphase eingebettet ist. Sie lassen sich nach den Kategorien Endlosfaser-, Kurzfaser- und Partikel-Verbundstoffe klassifizieren.

Es gibt drei Arten von Verbundstoff-Optionen zum Definieren von Lagenanordnung, Dicken, Materialeigenschaften und Ausrichtungen.

  • Ein asymmetrischer Verbund hat eine asymmetrische Lagenanordnung um die Mittelfläche. Dies ist die allgemeinste Verbundstoff-Option. Die folgende Abbildung zeigt einen asymmetrischen Verbund mit fünf Lagen. Unterschiedliche Farben repräsentieren unterschiedliche Materialeigenschaften und -ausrichtungen. Die Schalenvernetzung wird an der Mittelfläche erzeugt.

  • Ein symmetrischer Verbund weist eine symmetrische Lagenanordnung (Materialien, Lagenausrichtungen und Dicken) um die Mittelfläche auf. Dies impliziert symmetrische Lagendicken, Materialeigenschaften und Materialausrichtungen um die Mittelfläche.

  • Der Sandwich-Verbund ist ein Sonderfall des symmetrischen Verbunds mit drei Lagen. Ein solcher Verbund kann verwendet werden, wenn ein höherer Widerstand gegen Biegelasten erforderlich ist. Die beiden Außenlagen sollten steifer, fester und dünner als die mittlere Lage sein.

    Der Kern ist in der Regel leichter, um das Gesamtgewicht zu reduzieren, und besitzt einen hohen Schubmodul, um ein Gleiten der Außenlagen zu erschweren.

Sie können eine Verbundstoff-Schale für Strukturbauteile verwenden, für die ein geringeres Gewicht erforderlich ist. Verbundstoff-Schalen bieten außerdem verbessertes Ermüdungsverhalten, Korrosionsschutz und Wärmeleitfähigkeit.

Modelle mit Verbundstoff-Schalen können auf folgende Weisen verarbeitet werden:

Schalendefinition Verwenden Sie den PropertyManager Schalendefinition zum Definieren eines symmetrischen oder asymmetrischen Verbunds bzw. eine Sandwich-Verbunds. Sie können zwischen 2 und 50 Lagen für eine Verbundstoff-Schale definieren. Der PropertyManager ermöglicht es, unterschiedliche Dicken, Materialausrichtungen und identische oder unterschiedliche Materialeigenschaften für jede Lage festzulegen.
Stapelreihenfolge von Lagen Das Programm ermittelt die Lagen von der unteren zur oberen Schalenfläche. Die erste Lage befindet sich folglich an der unteren Fläche der Schale, die letzte Lage an der oberen Schalenfläche.
Beim Umkehren der Vernetzung wird auch die Lagenstruktur mit der ersten Lage an der Unterseite umgekehrt.
Lagenwinkel Die Lagenausrichtungen der einzelnen Lagen können über die Spalte Winkel in der Tabelle Verbundstoff-Schalenlagen im PropertyManager Schalendefinition festgelegt werden. Die Materialausrichtung des 0-Grad-Lagenwinkels wird für alle Lagen visuell durch Streifen im Arbeitsbereich des Modells dargestellt Außerdem können Sie die Optionen für die Lagenausrichtung mithilfe der Optionen unter Ausrichtung Verbundstoffe anpassen.
Ergebnisse Neben den für Schalen verfügbaren Ergebnissen können Sie auch folgende Darstellungen anzeigen:
  • Maximale Spannung über alle Lagen
  • Spannung auf oberer oder unterer Fläche einer jeden Lage
  • Spannung entlang der Lagenausrichtung oder in Querrichtung zum Lagenwinkel
  • Interlaminare Schubspannung am Übergang zwischen zwei Lagen

Informationen zur Interpretation der Ergebnisse finden Sie unter Spannungsanalyse für Verbundstoff-Schalen. Siehe auch die Themen zum PropertyManager Spannungsdarstellung und zum PropertyManager Sicherheitsfaktor.

Verschiebungen und Dehnungen wirken kontinuierlich über alle Lagen und können nicht auf Lagenebene gesteuert werden. Die Spannung über unterschiedliche Lagen wird für einzelne Lagen dargestellt, da sie in der Regel nicht kontinuierlich ist (die Materialeigenschaften und -ausrichtungen variieren mit der Dicke).


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