Numerical modeling of the nonlinear, anisotropic, saturated material behavior in tensile membrane structures

Textilmembranen sind leichte Tragwerke, deren zuverlässige Analyse eine präzise Beschreibung ihres nichtlinearen und anisotropen Materialverhaltens erfordert. In dieser Dissertation wird ein Rahmen zur Simulation des gesättigten mechanischen Verhaltens beschichteter Gewebe vorgestellt. Dafür werden physikalisch sinnvolle, numerisch robuste hyperelastische orthotrope Modelle entwickelt, darunter zwei polykonvexe Formulierungen. Die Modelle werden anhand von Randwertproblemen bewertet und zeigen im Vergleich zu einer Literaturformulierung eine höhere Stabilität und eine bessere Konvergenz in Finite-Elemente-Analysen. Das polykonvexe Modell wird durch biaxiale Versuche kalibriert und mittels Druckkammertest validiert. Ergänzend wird ein Ansatz zur Beschreibung des Sättigungsverhaltens bei wiederholter Belastung entwickelt. Zudem werden spannungsverhältnisbasierte Strategien präsentiert, die die Vorhersagegenauigkeit erhöhen, ohne die Rechenkosten zu steigern.