Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Sensitivitätsanalysen und Parameterstudien von Faserverstärkten Thermoplasten in HyperStudy J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 0 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Inhalt Einführung Faserverstärkte Thermoplaste Materialversuche • Picture-Frame-Test (Intraply-Shear) • Biegeversuche Modellbildung FEM Sensitivitätsanalyse und Validierung der Materialparameter mit HyperStudy Zusammenfassung J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 1 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Einführung Faserverstärkte Thermoplaste Halbzeuge Gewebe Automobilbereich Thermoplaste Quelle: www.kunststoffreport.de: ENGEL-Innovationen auf der K-Messe, 2010. Quelle: Brühmann, J.; Grodtmann,C.: Schädigungsanalyse von faserverstärkten Thermoplasten mit optisch angeregter LockinThermographie. Thermographie Kolloquium Stuttgart, 2013. Einsatz FVT in Serienfertigung erfordert FE-Methoden zur Unterstützung der Prozessauslegung Schwierigkeiten durch komplexes Materialverhalten > Ts (keine Versuchsstandards): • Anisotropie der Steifigkeiten (Biegung, Scherung, Zug) Untersuchung verschiedener Materialmodelle anhand von Materialversuchen zur Gewebescherung und Biegung J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 2 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Materialversuche – Intraply Shear Bias-Extension-Test Picture-Frame-Test J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 3 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Materialversuche – Intraply Shear Picture-Frame-Test y = 54E-06x3 - 0,006x2 + 0,2256x + 2,0166 y J. Brühmann = 0,0005x2 + 0,0622x + 0,4982 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 4 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Materialversuche – Biegesteifigkeit v Vertikal-Test Cantilever-Test J. Brühmann F 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 5 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Materialversuche – Biegesteifigkeit Vertikal-Test y x F F = m*g F = 1E-03 kg * 9,81 J. Brühmann m = 10 g; T= 240°C = 9,81E-03 N Verschiebung: ( x , y ) = ( 44 mm , 21 mm ) 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 6 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT v Modellbildung FEM Picture-Frame-Test Gewebe Materialdefinition • Truss: Isotrop, Elastisch (E=12.000 MPa) • Membrane: Isotrop, Hyperelastisch, Neo Hooke (C10=0.025, D1=10) • Elementkantenlänge: 4 mm J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 7 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Modellbildung FEM Einheitszelle 1D-Elemente (Truss, Beam) Materialdefinition 2D-Elemente (Shell, Membrane) Shell Membrane Trockenes Gewebe • Gewebe: (Hyper-)elastsich & • Matrix: Elasto-plastisch ( E = 250 MPa, σ-Ɛ-Diagramm J. Brühmann Matrix Gewebe + Matrix CampusPlastics ) 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 8 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Modellbildung FEM Materialdaten PA6 J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 9 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe Hyperelastich: Initial Shear Modulus C10: 1E-05 ; 0.025 ; 0.025 Bulk Modulus D1: 1E-05 ; 10 ; 20 J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 10 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe Hyperelastich: Initial Shear Modulus C10: 0.0148242 Bulk Modulus D1: 11.606193 J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 11 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe FE-Modell ist zu steif!! Änderung Verhältnis Membrane/Truss für geringere Steifigkeit Deformation Membran, keine Scherung Versuchskurve überprüfen!! J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 12 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Quelle: Gereke, T. et.al.: Experimental and computational composite textile reinforcement forming: A review. Composites Part A 46 (2013) 1-10. Picture-Frame-Test J. Brühmann Gewebe Quelle: ITM TU Dresden Leinwand FE-Modell ist zu steif!! Köper Atlas Steifigkeit ähnelt Scherkraftverlauf für Leinwandbindung Modellaufbau für Köperbindung überdenken! Membrane/Shell-Modell 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 13 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Sensitivitätsanalyse der Materialparameter mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix Grenzen der Variablen für DOE: • D1 = 1 bis 20 (11,60619) • C10 = 1*e-03 bis 0,02 (0,01482) • E_PA6 = 1 bis 500 (250) • x = 1*e-03 bis 0,1 (0,1) J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 14 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Sensitivitätsanalyse der Materialparameter mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix Systemantworten • • min. Δ - • max. Δ - • min. Falte Mitte Δ Δ J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 15 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Sensitivitätsanalyse der Materialparameter mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix ungleichmäßiger Kraftanstieg gleichmäßiger Kraftanstieg = J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 16 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Sensitivitätsanalyse der Materialparameter mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix Grenzen der Variablen für Validierung: • D1 = konstant • C10 = 1*e-06 bis 0,01482 (0,01482) • E_PA6 = 200 bis 800 (200) • x = 1*e-06 bis 0,1 (0,1) J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 17 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix • Systemantworten F(s) für s = 0 – 90 mm J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 18 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix • Adaptive Response Surface Method J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 19 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Validierung der Materialmodelle mit HyperStudy Picture-Frame-Test Gewebe + Matrix • Global Response Surface Method (genauer) J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 20 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Zusammenfassung Materialversuche Gewebescherung und Biegesteifigkeit Modellaufbau FEM: • Membrane/Truss (Gewebe) + Shell (PA6) Validierung über Vergleich F(s): • Gewebe: − Modell zu steif Abweichungen • Gewebe + PA6: − GRSM etwas bessere Annäherung als ARSM − Modell zu steif J. Brühmann Abweichungen 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 21 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Ausblick Überprüfung FE-Modell an Simulation Biegeversuch Vergleich Scherkraft Gewebe an neuem Scherversuch Verbesserung des Modells durch Verwendung Shell/Membrane für Gewebe J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 22 Sensitivitätsanalyse und Parameterstudie FVT Vielen Dank! J. Brühmann 9. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 20. März 2015, Böblingen 23
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