Warum Verbundwerkstoffe einen Mehrskalenansatz erfordern

Verbundwerkstoffe besitzen von Natur aus eine mehrskalige Struktur: Ihr Verhalten auf der Makroebene ergibt sich unmittelbar aus den Vorgängen in der Mikrostruktur, insbesondere in der Matrix, den Fasern und deren Wechselwirkungen. Wird ein Verbundwerkstoff als einzelnes homogenes Material modelliert, können wichtige nichtlineare oder von der Belastungshistorie abhängige Effekte unberücksichtigt bleiben. Gleichzeitig ist eine detaillierte Modellierung jeder einzelnen Faser-Matrix-Wechselwirkung häufig rechnerisch nicht praktikabel. Die Mehrskalenmodellierung schließt diese Lücke, indem Mikro- und Makroskala mithilfe verschiedener Methoden miteinander verknüpft werden. Dadurch basieren Vorhersagen auf der Makroebene weiterhin auf dem tatsächlichen Verhalten der Mikrostruktur.

Schwerpunkte der Online-Schulung

In dieser Schulung stellt 4RealSim die Mehrskalenmodellierung von Verbundwerkstoffen in Abaqus vor, mit Schwerpunkt auf der Mean Field Homogenization (MFH) und der FE-basierten Alternative. Die Teilnehmer erfahren, wie Informationen zwischen Mikro- und Makroskala übertragen werden, wie die Mikrostruktur eines Verbundwerkstoffs definiert wird und wie sowohl linear-elastische als auch nichtlineare kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe modelliert werden. Darüber hinaus behandeln wir das Micromechanics Plug-in, das die Erstellung und Nachbearbeitung von Representative-Volume-Element-(RVE)-Modellen automatisiert.

Behandelte Themen

• Grundlagen der Mehrskalenmodellierung: Bottom-up- und Top-down-Kommunikation zwischen den Skalen

• MFH gegenüber FE-RVE: Abwägung zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand

• Definition der Mikrostruktur von Verbundwerkstoffen: Form, Volumenanteil, Aspektverhältnis und Faserorientierung

• Linear-elastische Verbundwerkstoffe: Voigt-, Reuss-, Mori-Tanaka- und ausgewogene Formulierungen

• Mehrstufige Homogenisierung für Verbundwerkstoffe mit mehreren Einschlüssen oder verteilten Fasern

• Verbundwerkstoffe mit thermischer Ausdehnung

• Inkrementelle MFH für nichtlineare Verbundwerkstoffe: Plastizität, Schädigung und Viskoelastizität

• Isotropisierungsmethoden und deren Einfluss auf die Vorhersagegenauigkeit

• Ergebnisausgaben auf Mikro- und Makroebene

• Verwendung des Micromechanics Plug-ins zur RVE-Erstellung und Nachbearbeitung

• Deep Material Network (DMN): ein auf maschinellem Lernen basierender Ansatz reduzierter Ordnung für die Mehrskalen-Materialmodellierung

Für wen ist diese Schulung geeignet?

• Simulationsingenieure, die Verbundwerkstoffe oder faserverstärkte Materialien modellieren

• Analysten, die mit kurzfaserverstärkten Verbundwerkstoffen oder Verbundwerkstoffen mit mehreren Einschlüssen arbeiten

• Ingenieure, die das Verhalten auf Makroebene anhand von Mikrostrukturdaten oder umgekehrt vorhersagen möchten

• Alle, die MFH als Alternative zur vollständigen FE-RVE-Modellierung evaluieren

Voraussetzung

• 4RealSim-Abaqus-Kunde