Numerische Versagensmodellierung von hybriden Verbindungsstrukturen zwischen Metallen und Faserverbundwerkstoffen

Eine der Kernherausforderungen des modernen Leichtbaus ist der gezielte lokale Einsatz des für die jeweilige Aufgabe geeigneten Werkstoffs sowie die dafür notwendige werkstoffgerechte Verbindungstechnik. In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Konzepte für Verbindungsstrukturen zwischen Aluminium und Faserverbundwerkstoffen hinsichtlich ihres Versagensverhaltens betrachtet. Es wird sowohl eine deterministische als auch eine probabilistische Modellierung auf Basis der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt. Für die deterministischen Untersuchungen werden schädigungsmechanische Werkstoff- beziehungsweise Versagensmodelle verwendet, um sowohl die Versagensinitiierung als auch den Versagensverlauf abzubilden. Hierfür sind Erweiterungen der Werkstoff- und Kontaktmodelle in das Programm ABAQUS implementiert worden. Die probabilistischen Untersuchungen der Konzepte beruhen auf einem in der Arbeit entwickelten zweistufigen Ansatz. In diesem Ansatz wird durch die Überlagerung von deterministischen linear-elastischen FEM-Ergebnissen mit Verteilungsfunktionen für die lokalen Festigkeiten die lokale Versagenswahrscheinlichkeit berechnet. Anschließend werden diese lokalen Versagenswahrscheinlichkeiten zu Lastpfaden einer Fehlerbaumanalyse zusammengesetzt und eine globale Ausfallwahrscheinlichkeit berechnet. Der ganzheitliche Ansatz mittels deterministischer und probabilistischer Modellierungsmethoden erlaubt es einerseits notwendige, experimentell nicht zugängliche Parameter numerisch zu bestimmen, aber auch dadurch das Verbesserungspotenzial abzuleiten.