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Verbundmodellierung

Ansätze zur Abbildung der Verbundstruktur

Die existierenden mikromechanischen Modelle der Verbundschicht lassen sich allgemein als ein Gitter mit parallel und seriell geschallteten Faser-Interface-Elementen darstellen.

Die Imperfektionen der Verbundstruktur werden mit Hilfe der Randomisierung der Materialparameter (z. B. Verteilung der Verbundqualität oder Filamentfestigkeit) realisiert. Für praktische Zwecke der Ermittlung von Verbundparametern einer konkreten Garn-Matrix Verbundstruktur erweisen sich zwei vereinfachte Konfigurationen als ausreichend:

  • Für ungetränkte Garne mit vernalässigbarem Verbund zwischen Filamenten wird nur der Verbund Filament-Matrix aufgelöst
  • Für getränkte Garne mit relativ homogenem Verbund zur Matrix wird ein Faser-Interface-Element an die Matrix gekoppelt und die restlichen seriell untereinander.

Risszentrierte Auflösung der Materialstruktur

Zur weiteren Vereinfachung kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass Imperfektionen der Verbundstruktur insbesondere in Nähe eines Risses den Versagensvorgang entscheidend beinflussen.

Die Spannungskonzentrationen in einzelnen Filamenten des Garnes nehmen mit wachsendem Abstand vom Riss ab. Dadurch lassen sich die wesentlichen Aspekte des Versagensprozesses in einem lokalen Modell der Rissüberbrückung

mit variierten Eigenschaften der Einzelfilamente abbilden.

In dieser Form fällt das Modell in die Kategorie der Faser-Bündel-Modelle mit einer impliziten statistischen Erfassung der Parameter. Damit ist eine sehr effiziente statistische Modellierung eines Pull-Out Tests oder einer Rissüberbrückung möglich.