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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Digitaler Repräsentant von Verbundwerkstoffen zur Reduktion des experimentellen Aufwandes

Freitag (20.09.2019)
09:30 - 10:00 Uhr Tammann

Faserverstärkte Kunststoffe werden zunehmend in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt, da sie hervorragende mechanische Eigenschaften mit potenziellem Leichtgewicht verbinden. Hochleistungskunststoffe, verstärkt mit Glas- oder Kohlefasern (z.B. Gewebe), beinhalten eine kontinuierliche Faserverstärkung, die entsprechend der Belastungsrichtung ausgerichtet ist. Solche Textilien werden aus Multifilament-Rovings mit mehreren tausend Einzelfasern mit einem Durchmesser von wenigen Mikrometern hergestellt. Eine genaue Beschreibung der Mikrostruktur ist unerlässlich, um die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs auf der Mesoskala vorherzusagen, die wiederum für die FE-Simulationen des fertigen Verbundteils (Makroskala) benötigt werden. Das hohe Variationspotenzial mehrerer Parameter der Textilien, wie z.B. die Querschnittsform der Rovings, die Ausrichtung der einzelnen Fasern, die Wellenform usw., macht diese Aufgabe jedoch zu einer Herausforderung. Derzeit wird dieses Problem durch umfangreiche experimentelle Tests an allen Arten von Materialkonfigurationen gelöst, was zu langen Entwicklungszeiten und hohen Kosten führt.

Alternativ ist die GeoDict-Software in der Lage Computertomographie (CT) Scans von Verbundwerkstoffen zu importieren und zu segmentieren. Direkt auf diesen Datensätzen ist die Berechnung der Permeabilität mit sehr schnellen und effizienten Strömungslösern möglich. Durch die Kombination der analysierten geometrischen Eigenschaften, der Berechnung der strukturellen Permeabilität und des Datenblattes des gescannten Materials kann ein digitaler Repräsentant mit GeoDict modelliert werden. Dieser Repräsentant ist wiederum durch die geometrische Analyse sowie Strömungs- und mechanische Simulationen validiert.

In dieser Studie wird ein unidirektionales, Gelege aus Glasfasern untersucht. Basierend auf mehreren unterschiedlich aufgelösten CT-Scans wird der dreidimensionale Permeabilitätstensor berechnet. Zudem wird mit den Angaben des Datenblattes ein digitales Modell des Geleges erstellt. Die gewonnenen Daten werden zum Aufbau des digitalen Repräsentanten verwendet. Diese Modellierung beinhaltet auch das Kompaktieren der einzelnen Lagen, was für die Simulationen entscheidend ist. Alle Simulationsergebnisse werden mit Labormessungen mit dem 3D-Permeameter und der Universalzugprüfmaschine des Instituts für Verbundwerkstoffe GmbH verglichen.

 

Sprecher/Referent:
Aaron Widera
Math2Market GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Martina Hümbert
    Math2Market GmbH