Festigkeitsberechnung bei Verbundwerkstoffen

Gerade der Leichtbau mit neuen Hochleitungsfaserverbundwerkstoffen bietet Möglichkeiten den vieldiskutierten CO₂-Verbrauch zu senken. Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen ist daher eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft. Die analytische und numerische Auslegung der Bauteile legt hierfür die Grundlage. Neben der Ermittlung der Werkstoffeigenschaften in der Einzellage, müssen auch die Schadensmechanismen des Lagenaufbaus bestimmt werden. Lasteinleitungen und Verbindungselemente stellen hierbei einen ebenso wichtigen Teil der Bauteildimensionierung dar.

Nach dem Besuch des Seminars „Festigkeitsberechnung bei Verbundwerkstoffen“ kennen Sie die wichtigsten Methoden zur Dimensionierung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffe und wissen, welche Software Sie wie unterstützen kann. Die Lösungswege in diesem Seminar werden dabei softwareneutral vorgestellt.

• Sie können die nötigen Versuche für die Charakterisierung von Verbundwerkstoffen abschätzen und von Coupon- bis zur Gesamtsystemebene den „building block approach“ anwenden.
• Sie können die wichtigsten rechnerischen Methoden zur Dimensionierung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen erfolgreich anwenden.
• Sie wissen, wie Sie die Festigkeit und Stabilität von Bauteilen aus monolithischen Verbundwerkstoffen aber auch Sandwichkonstruktionen bewerten können.

Die in den Theorieteilen behandelten Themen werden durch praktische Übungen in Kleingruppen angewendet und vertieft. Die Teilnehmer erhalten zudem die Richtlinie VDI 2014 Blatt 3 „Entwicklung von Bauteilen aus Faserverbund – Berechnungen“.

Die Top-Themen:

• Grundlagen und Definitionen der Faserverbundberechnung
• Werkstoffkennwertermittlung, Werkstoffmodelle und Versagensbedingungen der Einzelschicht
• Berechnung von Laminataufbauten
• Bauteilauslegung und Berechnung sowie Dimensionierung von Sandwichbauteilen
• Verbindungstechnik und Lasteinleitungen
• Abschätzung der Betriebsfestigkeit

Das Programm im Überblick:

• Grundlagen und Definitionen der Faserverbundberechnung
  • Faserverbundwerkstoffe im Vergleich zu Metallen
  • Definition der Faserverbundwerkstoffe basierend auf der
  • VDI 2014 Blatt 3
  • Unterschiede zwischen Kurzfaser-, Langfaser- und Endlosfaserwerkstoffen
  • Kurzer Überblick über Matrixwerkstoffe
  • Verifikation, Validierung und Schadensvorhersage
  • Abkürzungen, Begriffe, Symbole und Indizierung
    
    
• Werkstoffkennwertermittlung
  • Ermittlung für isotrope Werkstoffe
  • Ermittlung für orthotrope Werkstoffe
  • Zugkennwertermittlung
  • Druckkennwertermittlung
  • Schubkennwertermittlung
  • Der „building-block-approach“: Von Coupon zum Gesamtsystem
  • Zuverlässigkeitsbetrachtung und Streuung
• Praxis-Übung als Ausgangspunkt für die statische
  
  • Berechnung von Faserverbundwerkstoffen
  • Ermittlung der Werkstoffkennwerte
  • Zuverlässigkeitsbetrachtung und Streuung
    
    
• Werkstoffmodelle und Versagensbedingungen der Einzelschicht
  • Analytische Beschreibung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufs
  • Klassische Werkstoffmodelle
  • Moderne Werkstoffmodelle
  • Versagensbedingungen von Faserverbundwerkstoffen
  • Klassische Versagensbedingungen
  • Moderne Versagensbedingungen
    
    
• Berechnung von Laminataufbauten
  • Klassische Laminattheorie
  • Drehung der Einzellage
  • Berechnung der Steifigkeitsmatrix des Lagenaufbaus
  • Schichtweise Bruchanalyse
  • Interlaminare Spannungen
• Praxis-Übung: Klassische Laminattheorie
  • Berechnung der gedrehten Steifigkeit der Einzellage
  • Ermittlung der Steifigkeit und Festigkeit des Laminataufbaus
    
    
• Bauteilauslegung und Berechnung
  • Besonderheiten von Faserverbundbauteilen
  • Schadensverhalten durch Einschläge
  • Dreidimensionale Spannungszustände
  • Stabilität
  • Knicken von Stäben
  • Beulen von ebenen Platten und Zylinderschalen
    
    
• Dimensionierung von Sandwichbauteilen
  • Kernwerkstoffe im Überblick
  • Steifigkeitsberechnung
  • Versagensbedingungen von Sandwichbauteilen
  • Festigkeit
  • Stabilität
  • Dimensionierung von Sandwichbauteilen
    
    
• Verbindungstechnik und Lasteinleitungen
  • Definition von Verbindung und Lasteinleitung
  • Verbindungstechnik
  • Kraftschlüssige Verbindungen
  • Formschlüssige Verbindungen
  • Lasteinleitungen für monolithische und Sandwichbauteile
• Praxis-Übung: Auslegung eines Sandwichbauteils mit Faserverbunddecklagen inklusive Lasteinleitungen
  • Auslegung des Bauteils auf Festigkeit und Stabilität
  • Dimensionierung der Lasteinleitungen
    
    
• Abschätzung der Betriebsfestigkeit
  • Schädigungsvorgänge
  • Darstellung der Schwingfestigkeitsergebnisse
  • Bauteilbelastungsgeschichte
  • Methoden der Schwingfestigkeitsanalyse
  • Auslegungshinweise

Zielgruppe:

Die Weiterbildung „Strukturmechanische Berechnung von Faserverbundbauteilen“ wendet sich branchenübergreifend an Fach- und Führungskräfte aus den Bereichen:

• Berechnung
• Konstruktion und Entwicklung
• Versuch und Erprobung

Angesprochen sind insbesondere auch Berechnungsingenieure von metallischen Strukturen die jetzt Faserverbundbauteile berechnen und beherrschen möchten - von der Ermittlung der Werkstoffkennwerte bis zum Nachweis des Bauteils.

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