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Vortrag

Vorstellung eines Materialmodells zur Umformsimulation von Naturfaserverstärkten Kunststoffverbunden

Donnerstag (19.04.2018)
09:40 - 10:00 Uhr

09:40 - 10:00 Uhr

Bei der Entwicklung von Faserverbundbauteilen geht der allgemeine Trend hin zu immer kürzeren Entwicklungszeiten respektive geringeren Entwicklungskosten. Diesem Trend unterliegen auch Leichtbauteile aus naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK), die seit über 20 Jahren in automobilem Interieur Einsatz finden und mithilfe moderner Umformtechnologien sehr effizient gefertigt werden können. Zur Verkürzung der Entwicklungszeit ist hier eine realitätsnahe Abschätzung des Umformverhaltens durch Umformsimulation als Methode der virtuellen Bauteilauslegung von hohem Stellenwert. Allerdings fehlt bisher eine auf die Naturfaserumformung speziell ausgerichtete Simulationsumgebung mit anspruchsgerechter Ergebnisgüte.

Als Grundlage zum Umformverhalten von NFK-Halbzeugen können Arbeiten von Hönig (2014), Odenwald (2003) und Rinberg (2012) etc. betrachtet werden. Im sogenannten Thermoformprozess werden i. d. R. spezielle Vlieshalbzeuge aus Natur- und Polypropylenfasern in einem zweistufigen Verfahren zu einem belastbaren Bauteil verarbeitet.

Im simulierten Thermoformprozess hat die Abbildung des temperaturabhängigen Reibbeiwertes zwischen Werkzeug und Halbzeug hat einen wesentlichen Einfluss auf die Simulationsgüte. Der Reibbeiwert kann in der bisher verwendeten Software nicht temperaturabhängig abgebildet werden, sondern wird lediglich als fester Einzelwert vorgegeben. In einer Simulationsumgebung zusammen mit einem werkstoffgerechten Materialmodell sollen nun genauere Umformergebnisse erzielt werden. Die durchgeführten Reibungsversuche zwischen dem Werkzeugstahl und dem temperierten NFK-Halbzeug, sowie simulative Modellrechnungen mit ähnlichen Materialmodellen zeigen, dass die entsprechenden Reibungsbeiwerte im Temperaturbereich zwischen der erstarten und geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffmatrix um 29 % variieren.

Im Detail des Materialmodells erfolgt eine richtungsabhängige Materialbeschreibung im elastischen sowie im plastischen Dehnungsbereich. Das Plastifizierungsverhalten wird mit einem modifizierten Fließkriterium von Hill beschrieben, dass zugleich die Reibung beinhaltet. Aufgrund der hohen vorhandenen Umformgrade und der damit einhergehenden großen Dehnraten wird ein expliziter Gleichungslöser verwendet.

Sprecher/Referent:
Hannes Duske
Volkswagen AG
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Roman Rinberg
    Technische Universität Chemnitz
  • Prof. Dr. Lothar Kroll
    Technische Universität Chemnitz