Simulation unterstützt Entwicklung von Composite-Bauteilen

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CADFEM Germany GmbH

COSCOM Computer GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Bezüglich fertigungstechnischer Aussagen und dem Datenaustausch zwischen CAE- und CAD-Anwendung bringt die Simulationssoftware für Composites von Ansys eine bidirektionale Schnittstelle zu Fibersim von Vistagy mit sich. CAD- und CAE-Welt wachsen somit auch bei Composite-Anwendungen zusammen.

Beanspruchung in Composites-Werkstoffen komplex auszuwerten

Die Auswertung der Beanspruchungen in faserverstärkten Kunststoffen ist ungleich komplexer als bei isotropen Werkstoffen. Der Grund dafür liegt in der heterogenen Struktur des Lagenaufbaus und dessen deutlich komplexeren Versagenverhaltens.

Als solche sind der Bruch der Fasern oder der Matrix, interlaminares Bruchversagen zwischen den Einzelschichten, Knittern von Sandwichhäuten und Versagen von Sandwichkernen zu nennen. Die Analyse des Versagenstyps wird durch verschiedenste Kriterien identifiziert, die den resultierenden Spannungszustand der belasteten Struktur zur Grundlage haben. Verschiedene Versagenshypothesen (zum Beispiel Maximum Strain, Maximum Stress, Tsai Wu, Tsai Hill, Hashin oder Puck 2D/3D) werden häufig miteinander kombiniert, um eine konservative Auslegung zu realisieren.

Simulation des kontinuierlichen Versagens gewinnt an Bedeutung

Neben der Indikation eines ersten Versagens der Composite-Struktur gewinnt zunehmend die Simulation des kontinuierlichen Versagens an Bedeutung. Hierzu stellen Simulationssysteme progressive Schädigungsmodelle zur Verfügung.

„Die Möglichkeiten der Simulationssysteme enden aber nicht mit der Bauteilanalyse. Ein logischer und sehr wichtiger Schritt ist die Betrachtung des Bauteils innerhalb des Gesamtsystems“, so Hörmann. Man stelle sich wiederum das Rotorblatt einer Windkraftanlage vor, das einerseits als Bauteil gewisse Funktionen erfüllen muss (Steifigkeit, Festigkeit) und andererseits aber auch als Komponente eines Gesamtsystems (Windkraftanlage) zu einem möglichst effizienten Betrieb beitragen soll. Hierzu sind Simulationen auf der Systemebene relevant.

Alle Schwachstellen der Struktur in einer Ergebnisdarstellung

Die von Cadfem vermarktete Simulationslösung Ansys Composite Prepost biete die Möglichkeit, verschiedenste Versagenstypen unter Verwendung unterschiedlicher Versagenskriterien innerhalb einer einzigen Ergebnisdarstellung aufzuzeigen. Damit hat der Konstrukteur die Möglichkeit, die Schwachstellen und Ursachen der entwickelten Struktur sofort zu erkennen und beispielsweise durch Anpassungen der Faserorientierungen der entsprechenden Einzelschichten zu beseitigen.

Des Weiteren hat Cadfem sein Ausbildungsangebot durch die Einführung einer Sommerakademie für Composites erweitert. In diesem einwöchigen Workshop erlernen die Teilnehmer nicht nur die Handhabung von Simulationssoftware für Composite-Anwendungen, sondern sammeln auch praktische Erfahrungen in der Auslegung und Herstellung von Composite-Bauteilen.

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