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Oral-Poster-Präsentation

Experimentell-simulativer Ansatz zur ganzheitlichen Optimierung der Imprägnierbarkeit von Dry Fiber Placement Preforms

Mittwoch (26.06.2019)
11:35 - 11:38 Uhr

Dry Fiber Placement (DFP) ist ein automatisierter Ablageprozess für Faserstränge, der sich insbesondere durch die Möglichkeit zur lastgerechten Orientierung der Fasern und durch geringe Verschnittmengen auszeichnet. Die hierbei entstandenen Preforms werden in einem nachfolgenden Imprägnierschritt, zum Beispiel im Resin Transfer Molding (RTM), mit einem duroplastischen Harzsystem getränkt. Die sehr gute erreichbare Faserausrichtung und der hohe Faservolumengehalt sind aus mechanischer Sicht erstrebenswert, stellen aber die Imprägnierung vor Herausforderungen. Dies resultiert daraus, dass im Vergleich zu klassischen textilen Halbzeugen wie Geweben oder Gelegen nur Fließkanäle in der Größenordnung der Einzelfasern vorhanden sind, sodass die entstehende Permeabilität eher gering ist. Das IVW evaluiert im Rahmen eines DFG-geförderten Forschungsprojektes den Einfluss gezielter Strukturmanipulation auf verschiedenen Skalenebenen auf die Permeabilität.

Für diese Betrachtung werden experimentelle, analytische und simulative Ansätze kombiniert, um ein ganzheitliches Imprägniermodell von DFP - Preforms aufzustellen und das Imprägnierverhalten dann gezielt unter Berücksichtigung des Einflusses auf andere Prozessschritte und die mechanischen Eigenschaften optimieren zu können. Das Poster zeigt insbesondere die Entwicklung eines Multiskalen-Simulationsmodells, welches es erlaubt mit geringem Aufwand eine Vielzahl von Strukturvariationen auf mehreren Strukturebenen abzubilden – also zwischen Einzelfasern (Mikroebene), zwischen Fasersträngen (Mesoebene) sowie zwischen Preformlagen und durch die gesamte Preformdicke (Makroebene). Eine besondere Komplexität ergibt sich dabei aus dem hohen Modellierungs- und Rechenaufwand, der sich bei einem bis auf die Faserebene aufgelösten Modell ergibt. Die vorgeschlagene Vorgehensweise basiert daher auf einer Modellierung der Faserstränge zu Monofilamenten, denen richtungsabhängige Permeabilitäten zugewiesen werden. Diese werden in einem gesonderten Mikromodell auf Faserebene (Einheitszelle im Bereich von einigen 100 µm) bestimmt. Insgesamt kann dann mit vertretbarem Rechenaufwand eine ausreichend genaue Modellierung des Gesamtimprägnierungsverhaltens durchgeführt und mittels Stichprobenexperimenten validiert werden.

 

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Oliver Rimmel
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. David May
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)