Strukturmechanische Modellierung und Analyse des Tragverhaltens von dünnwandigen hochbelasteten Composite-Biege- und Querkraftträgern

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges dünnwandiges Balkenmodell höherer Ordnung für rechteckige, geschlossene Kastenprofile sowie für offene I-Profile aus Composite-Material entwickelt. Dieses bildet die globalen und lokalen Eigenschaften ab. Die Gurte und Stege der Profile bestehen dabei aus Mehrschichtverbunden, die ihrerseits aus unidirektional faserverstärkten Kunststoffschichten zusammengesetzt sind. Der Balken wird auf Biegung mit und ohne Übertragung einer Querkraft beansprucht. Das Modell besitzt segmentweise, höhere Verschiebungsansätze dritter Ordnung, die eine Verformung des Querschnitts nicht nur aus der Schnittebene heraus in axialer Richtung, sondern auch in dieser Ebene zulassen. Die Notwendigkeit dieser Kinematik für bestimmte Lagenaufbauten wird anhand von Beispielen demonstriert. Mit dem Modell ist es möglich die Spannungen, Verzerrungen und Verschiebungen in den einzelnen Schichten vorherzusagen und auf dieser Basis Aussagen bezüglich der Festigkeit mit Hilfe von Versagenskriterien treffen zu können. Zusätzlich ist das Modell besonders als Basis für Optimierungsaufgaben geeignet, die damit effizient umgesetzt und gelöst werden können.