Simulationsmodelle für CFK minimieren Zahl teurer Prototypen

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CADFEM Germany GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

So ermöglicht eine zielgerichtete Kombination der einzelnen Softwareanwendungen, dass rund 280 Wissenschaftler in Chemnitz innerhalb des Netzwerks Strukturleichtbau (IST, An-Institut Cetex, Strukturleichtbau e.V. und Start-Up LSE GmbH) zusammenarbeiten und dabei einen breiten Forschungsbereich abdecken.

Ermittlung betrieblicher Belastungen für eine erweiterte Rahmenprüfung

Je nach Projekt sind verschiedene industrielle Partner (KMU, Großunternehmen) aus unterschiedlichen Branchen in die Arbeiten eingebunden. So lieferte die Ghost-Bikes GmbH, Waldsassen, für die Optimierung eines Mountainbikerahmens aus CFK die Ausgangsdaten. Für eine effektive numerische Simulation ist die genaue Kenntnis von Betriebsbelastungen, Randbedingungen und maximaler Bauteilbeanspruchung zwingend erforderlich.

Die technischen Anforderungen und die dazugehörigen Prüfverfahren für Mountainbikes werden durch die DIN EN 14766 und bei erhöhtem Leistungsprofil durch die DIN plus definiert. Beide Richtlinien gehen jedoch nicht auf alle im Fahrbetrieb wirkenden Belastungen ein, sodass aus Ergebnissen aktueller Forschungsprojekte zur Betriebslastenermittlung an Fahrrädern eine erweiterte Rahmenprüfung abgeleitet wurde.

Durch die Erhöhung des Belastungsniveaus und die Berücksichtigung von Bremsbelastungen, Sattel- und Lenkerlasten wurden insgesamt drei Lastkollektive definiert. Anschließend bildete die Software Pro-Engineer MDX die zu prüfenden Rahmenbelastungen virtuell ab.

Software zur Geometrieerstellung und -aufbereitung für FEM-Simulationen

So konnten die dynamischen Kräfte, die auf den Fahrradrahmen einwirken, analysiert sowie in sieben quasistatische Lastfälle überführt werden. Um die unterschiedlich belasteten Bereiche durch eine zielgerichtete Materialzuweisung optimal auszulegen, wurde mittels der CAD-Software Ansys Design Modeler der Rahmen in neun Segmente unterteilt.

Cadfem hat diese Software zur Geometrieerstellung und -aufbereitung für FEM-Simulationen konzipiert. Die abschließende Verifizierung des Simulationsmodells erfolgte mit DMS-Messtechnik auf einem branchentypischen Prüfstand bei der Ghost-Bikes GmbH.

Das vollständig definierte Modell wird direkt von der Simulationssoftware Ansys Composite Preppost übernommen, die für die FVK-spezifische Rahmenmodellierung viele effiziente und praxisbezogene Funktionalitäten im Bereich des Pre- und Postprocessings bietet.

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