Modellierung und Berechnung von Sandwichstrukturen
Prof. Dr.-Ing. habil. Alexander Düster, MSc. Hans-Georg Sehlhorst, Technische Universität Hamburg-Harburg; Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Diebels, Universität des Saarlandes, Saarbrücken
In dem Vortrag wird ein numerisches Verfahren zur Homogenisierung von heterogenen und geschäumten Materialien vorgestellt. Dieses Verfahren erlaubt es, effektive Eigenschaften für Materialien mit komplexer Mikrostruktur zu bestimmen, so dass hiermit die Berechnung von ingenieurrelevanten Strukturen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) möglich wird. Ein Anwendungsfeld der Homogenisierungs¬strategie ist die Modellierung und Berechnung von dreidimensionalen Sandwichstrukturen, die aus einem offenporigen Schaumkern und zwei dünnen Deckschichten bestehen. Die numerische Homogenisierung des geschäumten Kerns erfolgt dabei mit Hilfe der Finite Cell Methode. Hiermit kann, ausgehend von einem Computertomographie-Scan des zu untersuchenden Materials, automatisch eine Diskretisierung abgeleitet werden, mit deren Hilfe die effektiven Materialeigenschaften der untersuchten Probe bestimmt werden. Diese effektiven Materialeigenschaften fließen in einem weiteren Schritt in eine dreidimensionale FEM Berechnung ein, bei der schalenartige Strukturen mit Hilfe von anisotropen Hexaederelementen diskretisiert werden. Die Vorgehensweise wird an ausgesuchten Beispielen verdeutlicht.
Modeling and simulation of sandwich structures
We present a numerical procedure for the homogenization of heterogeneous and foamed materials. Based on this approach, effective material properties are determined which can be utilized in finite element computations of engineering structures. The numerical homogenization strategy is applied to model and compute three-dimensional sandwich structures which are composed of an open-cell foam covered by two faceplates. The numerical homogenization is performed by applying the Finite Cell Method. Starting from a computed tomography of the material of interest a discretization is derived automatically, which serves for the computation of the effective material properties of the specimen. Having determined the effective material properties a three-dimensional finite element computation can be carried out, where the shell-like structure is discretized with anisotropic hexahedral elements. The method will be demonstrated by several examples.
