Anhang A.13: Typ der progressiven Fehleranalyse

Das Feld PFTYPE aktiviert bzw. deaktiviert die Funktion der progressiven Fehleranalyse von Helius PFA. Wenn die progressive Fehleranalyse aktiviert ist, wertet Helius PFA regelmäßig das Ausfallkriterium für Matrix und Faser aus und ermittelt, ob eines der beiden Konstituentenmaterialien ausgefallen ist. Jedes einzelne Ausfallkriterium basiert auf dem durchschnittlichen Spannungszustand der entsprechenden Konstituente. Für diesen Fall gehen wir davon aus, dass die Nichtlinearität vor dem Ausfall deaktiviert ist. Falls eine oder beide Konstituenten ausfallen, wird die Steifheit der ausgefallenen Matrix und Faser entsprechend auf die Werte reduziert, die durch die Felder MPSTIF/MDE bzw. FPSTIF/FDE angegeben sind. Helius PFA berechnet dann die aktuelle durchschnittliche Steifheit des Verbundmaterials anhand des aktuellen Zustands (ausgefallen oder nicht ausgefallen) der einzelnen Konstituentenmaterialien.

Der Wert des Felds PFTYPE hat je nach Mikrostruktur des Materials unterschiedliche Auswirkungen.

Unidirektionale Mikrostrukturen: Der Wert 1 aktiviert die Analysefunktion für fortschreitende Fehler, während der Wert 0 die Analysefunktion für fortschreitende Fehler deaktiviert.

Gewebte Mikrostrukturen: Der Wert 0 deaktiviert die Funktion für die progressive Schadensanalyse. Durch den Wert 1 wird die Funktion für progressive Schäden aktiviert; außerdem werden die Matrix- und Faserdegradationsebenen aus der Materialdatendatei zur Berechnung der Eigenschaften des ausgefallenen Materials verwendet. Durch den Wert 2 wird die Funktion für progressives Versagen aktiviert; außerdem werden die durch die Felder MPSTIF/MDE und FPSTIF/FDE angegebenen Matrix- und Faserdegradationsniveaus verwendet, um die Eigenschaften für ausgefallene Materialien zu berechnen. Durch Auswahl des Werts 2 werden ca. 45 bis 60 Sekunden zur Vorverarbeitungszeit pro gewebtem Material hinzugefügt. Durch den Wert 1 wird keine Laufzeit während der Vorverarbeitung hinzugefügt, da die Eigenschaften von ausgefallenen Materialien (bei den während der Materialerstellung in Composite Material Manager angegebenen Matrix- und Faserdegradationsniveaus) bereits in der Materialdatei gespeichert sind.

Die progressive Versagensanalyse ist die Grundlage für die nichtlinearen Multiscale-Konstitutivbeziehungen des Produkts. Welche separaten Werte vom Schadenszustand PFA angenommen werden können, hängt von der Mikrostruktur der zugrunde liegenden Verbundformen und weiteren Formen der aufgerufenen Material-Nichtlinearität ab. Eine vollständige Liste der zulässigen separaten Werte für den Schadenszustand PFA finden Sie in Anhang B.

Die Abbildung unten zeigt eine unidirektionale Verbundplatte [0°/ ±45°]s, die mithilfe der progressiven Versagensanalyse analysiert wurde. Sie zeigt ein Konturdiagramm der Schadenszustandsvariablen PFA, die den Schadenszustand des Verbundmaterials in den Lagen mit 0° darstellt. Die blauen Bereiche repräsentieren Verbundmaterial mit nicht ausgefallenen Konstituenten (Schadenszustand PFA = 1), die grünen Bereiche repräsentieren Verbundmaterial einer ausgefallenen Matrixkonstituente (Schadenszustand PFA = 2) und die roten Bereiche repräsentieren Verbundmaterial mit Matrix- und Faserkonstituenten, die ausgefallen sind (Schadenszustand PFA = 3).

Anmerkung: Die Anzahl der möglichen einzelnen Schadenszustände des Verbundmaterials hängt von der Art des Verbundmaterials (unidirektional oder gewebt) und vom verwendeten Satz von Material-Nichtlinearitätsfunktionen ab. Für jeden einzelnen Fall wird eine Beschreibung jedes einzelnen Schadenszustands eines Verbundwerkstoffs und seines zugehörigen Werts in die Zusammenfassungsdatei (*.mct) geschrieben, die während der Vorverarbeitungsphase der Analyse erstellt wurde. Zusätzliche Informationen finden Sie in Anhang B, in dem alle diskreten Schadenszustände beschrieben werden, die für alle Verbundmaterialien unter allen Umständen angenommen werden können.

Weitere Informationen zur progressiven Versagensanalyse finden Sie im Theoriehandbuch.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Elementsteifheit bei aktiviertem progressivem Ausfall reduziert wird, wenn Schaden prognostiziert wird. Wenn der progressive Ausfall deaktiviert ist, bleibt die Elementsteifheit während der gesamten Analyse konstant.