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Faserverbund-Leichtbau

Crashsimulation benötigt Daten aus der Fertigung

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Software muss Eigenschaften der Composites-Mikrostruktur realistisch abbilden

Wie bereits angedeutet, bleibt eine Homogenisierung des Werkstoffs derzeit unumgänglich. Eine hohe Simulationsgenauigkeit ist aber nur dann zu erreichen, wenn die Eigenschaften der Mikrostruktur bekannt sind und realistisch abgebildet werden. Dies bedeutet, dass für das Crashverhalten auch die aus der Fertigung des Faserverbundbauteils resultierenden Eigenschaften berücksichtigt werden müssen. Wie schon im Bereich der Blechumformung lässt sich durch Einbeziehung von lokalen Bauteil- und Werkstoffeigenschaften aus der Prozesssimulation die Ergebnisgüte in der Berechnung steigern.

Diverse Softwarelösungen stehen dafür bereits zur Verfügung und andere befinden sich noch in der Entwicklung, um die Brücke zwischen Fertigungs- und Crashsimulation zu schlagen. Insbesondere die Übertragung von lokalen Eigenschaften – zum Beispiel Faserorientierung, Bauteildicke sowie herstellungsbedingte Vorschädigung wie Porenbildung und Faserbeulen oder -knicke – spielt eine wichtige Rolle. Die Komplexität der Prozesssimulation hängt dabei stark mit dem Fertigungsverfahren zusammen und erfordert gegebenenfalls auch die Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Fluid und Faserstruktur, zum Beispiel beim Nasspressen und beim VA-RTM-Verfahren (vakuumunterstützten Harzinjektion).

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Alternativ können Faserorientierungen auch direkt von Messergebnissen auf beliebig diskretisierte Crashmodelle übertragen werden. Auf diese Weise lassen sich schon vor der Serienfertigung mögliche Fehlstellen im Bauteil erkennen und durch Modifikation des Herstellungsprozesses entsprechend beheben.

Schließen simulativer Prozessketten führt zu weiteren Verbesserungen

Die steigende Bedeutung von Composite-Werkstoffen im Automobilbau erfordert eine begleitende Weiterentwicklung der Simulationswerkzeuge zur sicheren Bauteilauslegung. Für bekannte Lagenaufbauten sind Berechnungen von elastischen Steifigkeiten und Verformungsanalysen von Composite-Bauteilen bereits mit sehr hoher Genauigkeit möglich. Auch beim Crashverhalten können mit entsprechendem Mehraufwand bei der Modelltechnik gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Durch das Schließen der simulativen Prozesskette sind in diesem Bereich mittelfristig weitere Verbesserungen zu erwarten.

* Dr.-Ing. André Haufe ist Leiter der Prozesssimulation bei der Dynamore GmbH in Stuttgart. Dipl.-Ing. Christian Liebold ist Projektingenieur und Dr.-Ing. Thomas Klöppel Consultant im gleichen Unternehmen.

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