Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie; Teilvorhaben 8: Bauteilprüfung

Anschrift
Ford-Werke GmbH
52072 Aachen
Süsterfeldstr. 200
Kontakt
Maira Magnani
Tel: +49 241 9421-273
E-Mail: mmagnani@ford.com
FKZ
22011310
Anfang
01.07.2011
Ende
30.06.2014
Aufgabenbeschreibung
Anpassung von existierenden Materialmodellen zur Crashsimulation von naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) und Entwicklung dazugehöriger Materialkarten für den Serieneinsatz in der Automobilindustrie. Zur systematischen Datenermittlung werden mit Hilfe des „Design of Experiment" (DoE) Versuchspläne für unterschiedliche Kombinationen von PP & NF erstellt. Diese müssen, basierend auf den Zwischenergebnissen, ggf. entsprechend angepasst werden, um zielgerichtet auf die potentiellen Anwendungen hinzuarbeiten. Die gewonnenen Morphologie, Orientierungs- und Rheologiedaten werden mit statistischen Methoden aufbereitet. Basierend auf den Erkenntnissen wird ein seriennahes Bauteil ausgewählt. Die Kriterien hierzu beinhalten u.a. die Verfügbarkeit geeigneter Werkzeuge und CAD Daten. Um die NFK entsprechend realistisch in der Crashsimulation abbilden zu können müssen geeignete Materialmodelle ausgewählt und unter Berücksichtigung der relevanten Materialeigenschaften weiterentwickelt bzw. angepasst werden. Die entsprechenden Materialkarten werden aus den Testdaten ermittelt und mit Hilfe von physikalischen Tests, ausgehend von grundlegenden Materialtests über Bauteiltests bis hin zu Gesamtfahrzeugrechnungen validiert. Die Entwicklung der Simulationsmodelle geschieht basierend auf CAD Daten. Des Weiteren wird zusammen mit externen Software-Lieferanten eine geeignete Schnittstelle zwischen der Spritzgusssimulation und der Crashsimulation erarbeitet.
Ergebnisdarstellung
Im Verbundvorhaben wurden für unterschiedliche Naturfaser-Compounds belastbare Informationen für die Verarbeitung und Konstruktion von Bauteilen erarbeitet, die umfangreiche morphologische Charakterisierungen sowie alle Aspekte der Werkstoffprüfung und Modellierung, bis zur Visualisierung von Ergebnissen beinhalten. Beispielhaft konnte für ein Bauteil die vollständige Konstruktionskette bis hin zur Crash-Simulation nach Richtlinien der Automobilindustrie erfolgreich ausgeführt werden. Für weitere Werkstoff-Kombinationen wurden die Grundlagen geschaffen. Im Teilvorhaben 8 wurde unter Berücksichtigung von statischen Methoden eine Entscheidungsgrundlage zur Auswahl der verfügbaren Fasern und Thermoplasten erarbeitet. Anschließend wurde anhand der durch die Projektpartner erarbeiteten Materialdaten, der Verarbeitbarkeit, der Verfügbarkeit und der Kosten das finale Material ausgewählt. Im Bereich der Simulation wurde eine Schnittstelle zwischen Spritzgieß- und Crashsoftware entwickelt. Dies ermöglicht eine Berücksichtigung der Faserorientierung in der Crashsimulation. Hierzu wurde im Bereich der Crashsimulation ein vorhandenes Materialmodell weiterentwickelt und der gesamte integrative Ansatz durch umfangreiche physikalische Komponententests validiert. Die Projektergebnisse und im speziellen die entwickelten Simulationsmethoden im Bereich der Spritzgieß- und Crashsimulation ebnen den Weg der naturfaserverstärkten Thermoplasten in die Großserie von Kraftfahrzeugen. Bauteile können nun zielgerichtet konstruiert und dimensioniert werden, um den hohen Anforderungen der Automobilindustrie zu genügen. Dies bedeutet, dass teure und zeitaufwändige physikalische Prototypen und Bauteil-, Komponenten- und Fahrzeugtests deutlich reduziert werden können.

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