Entwicklung einer skalenübergreifenden Simulationsmethodik für das Strukturverhalten von Mehrlagengeweben
Matthias Hübner
Der Leichtbau mit Faserkunststoffverbunden (FKV) bietet ein enormes Potenzial, ökologische und ökonomische Ziele zu erfüllen, da eine hohe gewichtsspezifische Materialeffizienz erreicht werden kann. Für Bauteile mit hohen Anforderungen hinsichtlich Impact-festigkeit bzw. Energieabsorption in Kombination mit hoher Steifigkeit und Festigkeit weisen Mehrlagengewebe ein hohes Potenzial als Verstärkungsstruktur auf. Die erarbeitete skalenübergreifende Simulationsmethodik kann in unterschiedlichen Konfigurationen entlang der gesamten Prozesskette zur Analyse der Fertigungs-prozesse und Vorhersage der mechanischen Eigenschaften von textilen Verstärkungsstrukturen und FKV genutzt werden. Die entwickelten und vorgestellten Methoden und Modelle ermöglichen Berechnungs- und Entwicklungsingenieuren eine umfassende Analyse und Auslegung von Mehrlagengewebe-Verbunden in der industriellen Anwendung. Trotz des vergleichsweise hohen Rechenaufwandes bei der Modellierung und Simulation auf der Mesoebene ist die simulationsgestützte Analyse zielführender als experimentelle Trial-and-Error Versuchsreihen. Besonders mit der weiter voranschreitenden Entwicklung der Rechentechnik gewinnt die Simulation zunehmend an Bedeutung und wird sich künftig weiter als unverzichtbares Werkzeug zur ressourceneffizienten Auslegung von FKV etablieren. Durch den vermehrten Einsatz der numerischen Simulation in den frühen Entwicklungsphasen können zum einen effiziente, reproduzierbare sowie material- und geometrieangepasste Fertigungsprozesse entwickelt werden und zum anderen die anisotropen Eigenschaften im Bauteil und somit das Potential von FKV gezielt ausgenutzt werden.
