Development of a finite 3D element for three-dimensional analysis of displacements and stresses in thick-walled textile composites with non-linear material behaviour

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Textile Faserverbundwerkstoffe eröffnen die Perspektive, mit rationellen Fertigungsverfahren sehr leichte Strukturen zu fertigen, die für zahlreiche Anwendungen im Maschinen- und Fahrzeugbau zu einer starken Ressourchenschonung führen. Um das volle Leichtbaupotential ausnutzen zu können, werden für diese neue Werkstoffklasse spezielle Berechnungs- und Auslegungsverfahren benötigt. Eine besondere Herausforderung stellen dickwandige Strukturen dar, weil hier die für Faserverbunde gängigen Schichtentheorien versagen. Die Finite-Elemente-Methode hat sich in weiten Bereichen der Ingenieurwissenschaften als effiziente numerische Berechnungsmethode erwiesen und durchgesetzt. Im Rahmen des Vorhabens soll ein neues finites 3D-Element entwickelt werden, das Inhomogenität und Anisotropie berücksichtigt. Zudem sollen nichtlineares Materialverhalten und Adaptivität in den Algorithmus mit einbezogen werden. Dabei wird der genauen Approximation der Querspannungen besonders Gewicht zugemessen. Im Unterschied zu existierenden Verbundelementen verspricht die Neuentwicklung erhebliche Fortschritte in Bezug auf Genauigkeit der Ergebnisse und Rechengeschwindigkeit.