Der klassische Werkstoffleichtbau wird aufgrund von steigenden Leistungsanforderungen an Strukturbauteile sowie dem Kostendruck zunehmend durch intelligente Leichtbaulösungen mit dem Fokus auf Material-Mix und Hybrid-Leichtbau abgelöst. Durch den Einsatz und die Integration von faserverstärkten Kunststoffen (z. B. Organobleche, unidirektionalverstärkte Laminate oder glasmattenverstärkte Thermoplaste) in bestehende Umformprozesse werden innovative Hybridbauteile erzeugt, die diesen Anforderungen gerecht werden. Aufgrund des komplexen temperatur- und dehnratenabhängigen Materialverhaltens von FVK sowie zur Prozesssimulation werden neue Charakterisierungsmethoden sowie Materialmodelle benötigt. Am IFUM liegt der Fokus auf der thermomechanischen Materialcharakterisierung zur Bestimmung der Zug-, Druck- und Schereigenschaften unter prozessnahen Randbedingungen. Mithilfe der experimentellen Kennwerte werden bestehende Materialmodelle parametrisiert sowie erweitert oder neue Materialansätze entwickelt.
Diese Veröffentlichung befasst sich mit der Finite-Elementen-basierten Modellierung und der experimentellen Validierung der Fließeigenschaften von glasmattenverstärktem thermoplastischem Verbundwerkstoff (GMT). Darüber hinaus wird das Zusammenspiel von GMT- und UD-Tape-Einsätzen untersucht. Das Simulationsmodell ist in LS-Dyna eingerichtet. Um den hohen Verformungsgrad der GMT zu modellieren, wird die Methode der Hydrodynamik glatter Partikel (SPH) verwendet. Ein viskoplastisches Materialmodell wird angewendet, um die Dehnungsrate sowie das Fließverhalten der Kaltverfestigung zu berücksichtigen. Zur experimentellen Validierung der numerischen Untersuchungen wurde ein beheiztes Plattenwerkzeug gebaut, welches zwei Innendrucksensoren sowie einen Temperatursensor enthält. Mit Hilfe dieses Versuchsaufbaus ist es möglich, den Druckaufbau, Druckunterschiede und Oberflächentemperaturen des GMT sowie die zeitabhängige Position der Strömungsfront zu untersuchen. Zusätzlich zu den Druckunterschieden über die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und GMT gibt es Unterschiede in der Wandstärke, der Faserorientierung und der Fasermatrixtrennung in Abhängigkeit vom Strömungsweg.
Bernd-Arno Behrens, Florian Bohne, Ralf Lorenz, Hendrik Arndt, Sven Hübner, Moritz Micke-Camuz (2020); Procedia Manufacturing, Volume: 47, Seiten: 11-16
Letzte Änderung: 23.01.23
