Berechnung endlosfaserverstärkter Kunststoffe

Die Entwicklung von endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen wird durch steigende Anforderungen an Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung stark vorangetrieben. Dies erfordert Konzepte, welche die komplexen Lastabtragungs- und Versagensmechanismen in der numerischen Simulation erfassen.

Endlosfaserverstärkte Kunststoffe bestehen üblicherweise aus Kohle- oder Glasfasern, die unidirektional oder als Gewebe in dünne Harzschichten eingebettet sind. Die starke Anisotropie solcher Verbundstrukturen führt zu komplexen strukturmechanischen Effekten, die es in der Simulation zu erfassen gilt.

Das Seminar stellt mögliche Modellierungstechniken dieser Materialgruppe vor. Des Weiteren wird auf die vorhandenen Materialmodelle zur Erfassung von Delaminationsphänomenen in LS-DYNA eingegangen und die Anwendungsmöglichkeiten und –grenzen werden anhand numerischer Beispiele verdeutlicht.

Darüber hinaus werden die derzeit vorhandenen Möglichkeiten zur Simulation des Drapierprozesses mit LS-DYNA betrachtet, mit dem Faserorientierungen, Vorspannungen und Faltenbildung vorhergesagt werden können. Auf die Übertragung der Ergebnisse der Prozesssimulationen auf Netze für weitere Simulationen zur Versagensprognose oder Rücksprungberechnung mittels ENVYO® wird ebenfalls eingegangen.

Inhalte

• Einführung in Composite-Materialien

• Erläuterung des Anisotropiebegriffs und Richtungsdefinitionen

• Laminattheorie

• Materialmodellierung

  • Vorstellung und Diskussion der in LS-DYNA vorhandenen Materialmodelle für endlosfaserverstärkte Kunststoffe

  • Versagenskriterien von Chang-Chang, Tsai-Wu und Hashin

• Strukturmodellierung und Modellannahme

• Drapiersimulation und geschlossene Simulationsprozesskette mit ENVYO^®

• Delaminationsmodellierung

  • Kohäsiv-Elemente und Tiebreak-Kontakte

• Visualisierungen der Berechnungsergebnisse mit LS-PrePost

• Erarbeitung prinzipieller Effekte anhand von Beispielen