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Vortrag

Materialcharakterisierung und Modellierung von CF-SMC-Werkstoffen im Pressrheometerversuch

Freitag (28.06.2019)
11:40 - 12:00 Uhr

Zur Simulation des Fließpressens von Sheet-Molding-Compounds (SMCs) gibt es einige wenige spezialisierte kommerziell verfügbare Softwaretools, welche das Fließpressen in einem 3D Format simulieren können. Die in diesen Softwarelösungen verwendeten Materialmodelle basieren rein auf viskosen Materialeigenschaften und können daher nicht das komplexe Verhalten eines komprimierbaren SMC Werkstoffes mit hohem Faservolumengehalt (bis zu 50%) und Langfaserverstärkung (25–50mm) darstellen. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Materialmodells zur akkuraten Beschreibung des Kompaktions- und Fließverhaltens und der resultierenden Faserorientierung von komprimierbaren SMC Werkstoffen. Zur Erreichung dieses Ziel wird als erster Schritt eine Materialcharakterisierung des Werkstoffes durchgeführt. Dabei wird ein Pressrheometer eingesetzt, in dem das Material zwischen zwei kreisrunden Platten verpresst wird. Wir führen diesen Versuch in zwei Varianten durch, die sich im Belegungsgrad des Werkzeugs unterscheiden. Durch eine 100%-tige Komplettbelegung der Kreisplatte wird ein ungehindertes Herausfließen des SMCs ermöglich und Randeffekte vermieden. Man erhält eine saubere Spannungsantwort des Werkstoffes auf den Pressvorgang. Anhand dieser kann das Kompaktions- und das plastische Fließverhalten charakterisiert werden. Wählt man eine kleinere Belegung findet das Fließen innerhalb des Werkzeugs statt. Aus der so entstehenden Fließfront können Anisotropie-Effekte charakterisiert und eine Beurteilung der Homogenität des SMC-Halbzeugs durchgeführt werden. Aufbauend auf den Ergebnissen der Materialcharakterisierung wird ein User-Defined Materialmodell im kommerziellen FE-Code LS-DYNA® aufgebaut. Mit Multi-Physics-Solvern und den notwendigen Tools zur Erzeugung von User-Defined-Materialmodellen können die meisten der notwendigen Faktoren und Effekte berücksichtigt werden. Aufgrund des hohen Faservolumengehalts und der Faserlänge von SMC-Werkstoffen basiert die Beschreibung des Fließverhaltens auf einer elasto-plastischen Deformation. Als Grundlage für die Beschreibung der Faserorientierung dient ein Modell auf Basis der Folgar-Tucker-Gleichung, wobei erwartet wird, dass die Folgar-Tucker-Gleichung keine akkurate Beschreibung der Faserorientierung für alle CF-SMC Materialien liefern kann. Daher werden Schleifen in der Entwicklung der mathematischen Modellierung vollzogen, um die Formulierung von einer kurzfaser- zu einer langfaserbasierten Beschreibung zu ändern.

Sprecher/Referent:
Dominic Schommer
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Miro Duhovic
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Dr. Heiko Andrae
    Fraunhofer ITWM
  • Dr. Konrad Steiner
    Fraunhofer ITWM
  • Prof. Joachim Hausmann
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)