Simulation


Dr.-Ing. Mathias Hartmann

Gruppenleiter

Tel. Büro: +49 (89) 289 - 10313
E-Mail: hartmann@lcc.mw.tum.de

Der stark zunehmende Einsatz von Hochleistungs-Faserverbundstrukturen (Luftfahrt, Automobilbereich, etc.) erfordert die optimale Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von Composite Bauteilen bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Automatisierbarkeit und Reduktion der Zykluszeit und der Prozesskosten. Hier bietet die Simulation des Herstellprozesses ein effektives und flexibles Werkzeug zur Prozessoptimierung, das zudem ein fundiertes Prozessverständnis am virtuellen Bauteil noch vor der Fertigung von Prototypen ermöglicht. Diese Fertigungsinformationen wie z.B. Faserwinkel können direkt in die Bauteilauslegung überführt werden. Die Integration der einzelnen Simulationsschritte in eine Simulationsplattform (siehe Abb.) ist motiviert von einer fertigungs- und lastpfadgerechten Bauteilentwicklung und erlaubt die maßgeschneiderte Kombination individueller Simulationsschritte wie z.B. Drapier und Bauteilsimulation inklusive einem softwareneutralem Datenaustausch. In der Fertigungs- simulation wird in enger Abstimmung mit der Prozesstechnik Gruppe das Bauteil vom direkten Preformen wie Flechten oder AFP Prozessen oder sequentiellem Preformen wie Drapieren über die Füllsimulation bis hin zum Kompaktieren und Aushärten bzw. der Konsolidierung erforscht. Die Materialmodellierung, als Basis für die Fertigungssimulation und die Strukturberechnung, beschäftigt sich mit der Modellierung von duro- und thermoplastischen Faserverbundkunststoffen auf verschiedenen Längenskalen (Mikro- bis zu Makroskala) unter statischen wie dynamischen Belastungen und deren mechanischen und geklebten Verbindungen.

Abb.: Simulationsplattform
Abbildung: Simulationsplattform

Die Forschungen in Prozesssimulation wie Struktursimulation werden von der Methodenentwicklung zur Materialcharakterisierung (in Zusammenarbeit mit der Testgruppe), zur Validierung der Simulation an generischen Strukturen und Anwendung der Modellbildung auf Bauteilebene begleitet.

Forming- und Füllprozesssimulation

Simulation der Forming Prozesse Flechten, Drapieren und Automated Fiber Placement und der Simulation der Infiltration von Fasern, Faserhalbzeugen und Bauteilen.

Simulation von Kompaktierung, Aushärtung und Konsolidierung

Simulation von thermischen, mechanischen sowie den Harzfluss und die Kompaktierung betreffenden Phänomenen. Diese können zu Abweichungen in Bezug auf die Sollgeometrie – prozessinduzierte Deformationen (PID) – und den inneren Aufbau wie beispielsweise den Porositätsgehalt führen.

Materialmodellierung und Strukturanalyse

Modellierung von Faserverbundkunststoffen sowie mechanischen und geklebten Anbindungen auf verschiedenen Längenskalen.