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Vortrag

Strukturmechanische Bewertung von Organosandwich-Strukturen mit Hilfe eines RVE Modells des thermoplastischen Wabenkerns

Friday (28.06.2019)
14:20 - 14:40 Uhr

Um die Klimaziele in der Automobilindustrie zu erreichen nimmt der Einsatz von Sandwichstrukturen aus Verbundwerkstoffen aufgrund ihrer spezifischen mechanischen Eigenschaften und des resultierenden Gewichtseinsparungspotentials stetig zu. Die neuartigen vollthermoplastischen Organosandwich-Strukturen aus einem gefalteten Wabenkern und faserverstärkten Organoblechen als Deckschichten können in einem automatisierten Prozess mit kurzen Zykluszeiten kontinuierlich hergestellt werden und haben daher ein großes Potenzial als großserienfähige Leichtbaustrukturen. Im Vergleich zu herkömmlichen Honeycomb-Wabenkernen bringt der gefaltete Wabenkern mit seiner Honeycomb-Zellstruktur jedoch ein anisotropes Materialverhalten mit sich, dass in einer Simulation berücksichtigt werden muss. In der vorliegenden Studie werden Organosandwich-Strukturen bestehend aus einem gefalteten Polypropylen (PP) -Wabenkern und glasfaserverstärkten PP-Deckschichten untersucht mit dem Ziel eine valide Methode zur Simulation von Organosandwich-Strukturen zu entwickeln. Zum einen werden effektive Materialeigenschaften anhand eines repräsentativen Volumenelement (RVE) Modells bestimmt und mit realen Materialverhalten verglichen. Dazu wird zunächst die mesoskopische Wabenstruktur durch eine computertomographische (CT) Analyse aufgeklärt. So können durch den Herstellungsprozess entstehende Bereiche mit abweichenden Materialeigenschaften oder unterschiedlichen Dicken, die zu unterschiedlichen Steifigkeiten führen, ermittelt werden. Die qualitative Betrachtung des allgemeinen Verformungsverhaltens der Wabenstruktur zeigt dabei sowohl im Experiment als auch in der Simulation ein S-förmiges Beulen der Doppelwände des Wabenkerns bei Druckbelastung der gesamten Sandwichstruktur in Dickenrichtung. Zum anderen wird der Unterschied zwischen realen, effektiven und homogenisierten Kerneigenschaften aufgezeigt und mittels eines Finite-Elemente-Modells die Korrelation zwischen der mesoskopischen Wabenkernstruktur und dem gesamten Sandwichverhalten anhand von Biegeversuchen validiert. Der Vergleich zeigt, dass sowohl mit dem RVE-Modell als auch mit dem FE-Modell mit homogenisiertem Kern Ergebnisse mit guter Übereinstimmung zu den experimentellen Daten erzielt werden können. Eine vollständige Berücksichtigung der Anisotropie unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens war mit den derzeit verfügbaren Materialmodellen (in ANSYS und LS-Dyna) jedoch nicht möglich.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Anne Geyer
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur v. Werkstoffen und Systemen IMWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Matthias Petersilge
    Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
  • Dr. Marianne John
    Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
  • Jochen Pflug
    ThermHex Waben GmbH
  • Dr. Ralf Schlimper
    Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS