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Crashsimulation langfaserverstärkter thermoplaste mit Berücksichtigung von Schädigung und Versagen

Langfaserverstärkte Thermoplasten (LFT) haben aufgrund hoher Festigkeiten bei zugleich großen Bruchdehnungen in industriellen Anwendungen einen hohen Stellenwert erreicht und ersetzen immer häufiger herkömmlichen Materialien, wie nicht-verstärkte Kunststoffe aber auch Aluminium und Stahl. Eine präzise Beschreibung des Materialverhaltens führt in der Crashsimulation jedoch schnell zu aufwendigen numerischen Berechnungen, da herstellungsprozessbedingte lokale Heterogenitäten wie unterschiedliche Faserorientierungsverteilungen und Faservolumengehalte berücksichtigt werden müssen. Zudem ist besonders unter dynamischer Belastung die korrekte Vorhersage der Schädigungsentwicklung und des Versagens entscheidend. Es wird ein Materialmodell vorgestellt, das lokale Heterogintäten aus einer Prozesssimulation berücksichtigt. Zusätzlich werden plastische und viskoelastische Eigenschaften in Abhängigkeit der Faserorientierungsverteilung adäquat abbildet, sowie Schädigung und Versagen berücksichtigt. Das Modell ist als USER-Routine in LS-DYNA implementiert. Die Kalibrierung der Parameter erfolgt mit Hilfe makroskopischer Charakterisierungsversuche durch inverse Simulation. Studien zum Diskretisierungseinfluss verschiedener FE-Netze zeigen die Robustheit des Modells. Zur Validierung wird die gesamte Prozesskette virtuell abgebildet. Dabei werden die Simulationsergebnisse eines Serienbauteils ausgehend von der Spritzgusssimulation sowie der sich anschließenden Übertragung von Faserorientierungsverteilungen und -volumengehalten auf die FE-Modelle (Mapping) bis hin zur Crashsimulation Versuchsdaten gegenübergestellt.