Composites-Bauteile entwickeln

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Composite-Auslegung mit Simulationswerkzeug Ultrasim

Als zweiter Teil des Servicepakets Ultracom ist auch das Simulationswerkzeug Ultrasim so erweitert worden, dass sich das Verhalten von Bauteilen aus thermoplastischen Laminaten mit Glasfasergewebe oder Tapes und umspritztem, kurzglasfasergefülltem Polyamid rechnerisch durch Methoden der Integrativen Simulation zuverlässig vorhersagen lässt. Bereits am Beispiel der Sitzschale des Opel Astra OPC wurden die Möglichkeiten der Simulation beschrieben und genutzt.

Die Integrative Simulation der BASF bindet den Herstellungsprozess des Kunststoffbauteils in die Berechnung des mechanischen Bauteilverhaltens mit ein. Aufbauend auf einer rheologischen FE-Simulation des Spritzgussprozesses und einer 3D-Drapiersimulation für das endlosfaserverstärkte Laminat werden die anisotropen Faserorientierungen an jedem Ort des Bauteils auf die entsprechenden Bereiche im mechanischen Bauteil übertragen (gemappt). Für die mit Endlosfasern verstärkten Bereiche wird dazu eine vollständig neue, erweiterte numerische Materialbeschreibung in Ultrasim verwendet, die in der mechanischen Analyse genau die Eigenschaften berücksichtigt, die für die verstärkten, thermoplastischen Materialien typisch sind: Anisotropie, Nichtlinearität, Dehnratenabhängigkeit, Zug-Druck-Asymmetrie, Temperaturabhängigkeit und unterschiedliche Versagensarten.

Genauso wichtig wie die exakte Beschreibung des Materialverhaltens an jedem Ort ist das Design des Bauteils, d.h. die richtige Auswahl und Platzierung der Verstärkungsfasern und des Halbzeugs (unidirektional verstärkte Tapes oder bidirektional verstärkte Laminate). Hier arbeiten die Ultrasim-Entwickler an Erweiterungen der bisher schon eingesetzten Optimierungsmethoden: Die im Bereich der Kurzglasfasermaterialien bekannte und bewährte Ultrasim-Unterstützung wird auch für die neu entstehende Bauteilklasse der endlosfaserverstärkten Materialien Ultracom zur Verfügung stehen.

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