Hochbelastbare CFK-Biege- und CFK-Querkraftträger: Nichtlineare Finite-Elemente-Analyse zu Traglast- und Stabilitätsuntersuchungen von Kastenträgern

Hochbelastbare, dünnwandige Biegeträger aus Faser-Kunststoff-Verbunden haben vielfältige Anwendungen im konstruktiven Ingenieurbau. Dünnwandige Bauteile neigen bei hoher Belastung zu Profilverformungen und Beulen. Daher müssen derartige Versagensarten bei der Bemessung beachtet werden. Speziell bei Faser-Kunststoff-Verbunden können außerdem intralaminare und interlaminare Versagensarten auftreten. Diese Eigenschaften verbunden mit der heterogenen Struktur von Faser-Kunststoff-Verbunden führen zu einer aufwändigen Modellierung des Werkstoff- und Strukturverhaltens. Besondere Beachtung erfordert dort insbesondere die numerische Umsetzung. Innerhalb des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts "Große, hochbelastbare Biegeträger aus Faser-Kunststoff-Verbunden" sind Finite-Elemente-Modelle zur Analyse des Tragverhaltens hochbelasteter Faserverbund-Biegeträger entwickelt worden. Dabei wurden 4-knotige Schalenelemente mit fünf oder sechs Freiheitsgraden an den Knoten verwendet, damit auch Kanten abgebildet werden können. In dem implementierten Modell werden räumliche Probleme mit zweidimensionalen Schalenmodellen erfasst. Zur Untersuchung des Einflusses von Delamination kamen so genannte Interface-Elemente zum Einsatz, die auf einem Kohäsiv-Zonen-Modell basieren. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einiger mit dem entwickelten Modell durchgeführten nichtlinearen Finite-Elemente-Analysen vorgestellt.