CFK-Bauteile Simulationsmodelle für CFK minimieren Zahl teurer Prototypen

Mit Strukturberechnungen und Versagensanalysen wurde ein CFK-Fahrradrahmen bezüglich der Anforderungen im Fahrbetrieb optimiert. Vorteilhaft war dabei eine zielgerichtete Kombination mehrerer Simulationssysteme. Dadurch reduzierte sich die Anzahl aufwendiger Versuche an Prototypen.

Anbieter zum Thema

CADFEM Germany GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Faserkunststoffverbunde (FKV) sind aufgrund ihrer guten mechanischen Leichtbaueigenschaften und der nahezu endbearbeitungsfreien Fertigung der Trendwerkstoff im Rahmenbau von Mountainbikes. Die Endlosfasern lassen sich gezielt in Richtung der mechanischen Belastungen anordnen. Mit hochfesten Kohlenstofffasern erreicht man dadurch eine hohe gewichtsbezogene Festigkeit und Steifigkeit des Rahmens.

Konventionelle Simulationsprogramme helfen bei CFK nicht weiter

Zur Optimierung der Belastbarkeit und somit zur Bestimmung der Faserorientierung sind allerdings aufwendige Berechnungen notwendig. Bei derartig komplexen Bauteilen wie dem Mountainbike-Rahmen setzt das die Anwendung numerischer Berechnungsmethoden voraus.

Konventionelle Simulationsprogramme helfen dabei jedoch nicht weiter, weil die Festlegung der Faserorientierung und des Laminataufbaus einen erhöhten Modellierungsaufwand erfordert. Daher ist eine effiziente Anwendung gängiger Programme in der Fahrradindustrie bisher eher auf metallische Werkstoffe beschränkt.

Simulationssoftware speziell für geschichtete Verbundbauteile

Mit der Software Ansys Composite Preppost hat der Anbieter Cadfem auf diese Herausforderung reagiert. Die Simulationssoftware ist eine in die Ansys-Umgebung integrierte, speziell für geschichtete Verbundbauteile entwickelte Lösung, die auf der bewährten Element- und Solvertechnologie von Ansys basiert. Innovative Modellierungs- und Auswertungsmöglichkeiten vereinfachen dabei die notwendigen Anpassungen zur Berechnung von FKV-Strukturen.

Das zeigen beispielsweise wissenschaftliche Arbeiten am Institut für Strukturleichtbau (IST) der TU Chemnitz. Im Vordergrund stehen dort die Entwicklung und Erforschung integrativer Kunststofftechniken zur ressourceneffizienten Fertigung von Leichtbaustrukturen und -systemen. Um die Einstellung von Strukturparametern und Prozessfenstern zu optimieren, nutzt das IST numerische Berechnungsverfahren. Dazu kommen seit Jahren Konstruktions- und Simulationssysteme von Cadfem zur Anwendung wie Ansys, LS-Dyna und ESA Comp.

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