TU Darmstadt / ULB / TUprints

Modelling crack nucleation in composite materials: a semi-analytical two-scale approach

Felger, Julian (2020):
Modelling crack nucleation in composite materials: a semi-analytical two-scale approach.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00011898,
[Ph.D. Thesis]

[img]
Preview
Text
Dissertation-Felger.pdf
Available under CC-BY-NC-ND 4.0 International - Creative Commons, Attribution Non-commerical, No-derivatives.

Download (3MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modelling crack nucleation in composite materials: a semi-analytical two-scale approach
Language: English
Abstract:

The objective of this work is to provide an efficient semi-analytical approach for predicting crack onset at sharp notches, bi-material junctions and openings in fibre-reinforced laminates. On the one hand, this is achieved employing a complex potential approach that accurately captures stress concentrations and enables a precise calculation of generalised stress intensity factors. On the other hand, the method of matched asymptotic expansions is applied interpreting a newly nucleated crack as a small perturbation parameter within a singular perturbation problem. This methodology enables an efficient evaluation of the coupled stress and energy criterion forming a necessary and sufficient condition for fracture. Predictions relying on the asymptotic approach are validated against fully numerical reference data as well as experimental findings from literature.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In dieser Arbeit wird ein effizientes semi-analytisches Verfahren zur Vorhersage von Rissentstehung an scharfen Kerben, Materialübergängen und Löchern in ebenen Laminaten bereitgestellt. Dies wird einerseits durch die Verwendung der Methode komplexer Potentiale erreicht, welche eine präzise Erfassung von Spannungskonzentrationen ermöglicht und die Grundlage für eine effiziente Berechnung verallgemeinerter Spannungsintensitätsfaktoren bildet. Andererseits wird das Entstehen kleiner Rissen mittels eines störungstheoretischen Ansatzes modelliert. Die resultierende asymptotische Darstellung von Spannungs- und Energiegrößen bildet schließlich die Grundlage für eine effiziente Auswertung des gekoppelten Spannungs- und Energiekriteriums im Rahmen der finiten Bruchmechanik. Die Versagensvorhersagen basierend auf dem asymptotischen Vorgehen werden sowohl mit numerischen Referenzdaten als auch mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur verglichen und validiert.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Structural Mechanics (FSM)
Date Deposited: 15 Jul 2020 12:41
Last Modified: 15 Jul 2020 22:40
DOI: 10.25534/tuprints-00011898
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-118983
Referees: Becker, Prof. Dr. Wilfried and Vormwald, Prof. Dr. Michael and Leguillon, Prof. Dr. Dominique
Refereed: 19 May 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11898
Export:
Actions (login required)
View Item View Item