Umformsimulation von thermoplastischen Organoblechen

Im Leichtbau der Automobil- und Luftfahrtindustrie werden häufig endlosfaserverstärkte thermoplastische Halbzeuge (sogenannte Organobleche) verwendet, die im Thermoformen in kurzen Zykluszeiten verarbeitet werden können. Endlosfaserverstärkte Preforms können auch individuell so aufgebaut werden, dass sich nach dem Umformprozess die optimale Faserorientierung ergibt, wodurch sich die benötigten strukturellen Eigenschaften einstellen lassen und Material gespart werden kann. Während des Umformprozesses kommt es durch Scherung der Verstärkungsstruktur im Organoblech zu einer lokalen Anpassung der Faserorientierung. Die resultierende Faserorientierung kann durch Positionierung des Blechzuschnittes und der Auswahl geeigneter Haltesysteme (z.B. Haltestifte oder Federsysteme) beeinflusst werden. Um einen kostenintensiven experimentellen Trial-and-Error Prozess zu vermeiden ist es sinnvoll, den Prozess des Thermoformens simulativ abzubilden. Aus simulationstechnischer Sicht ist es eine große Herausforderung die Umformung eines individuell aufgebauten Organobleches zu modellieren. Bestehende kontinuumsmechanische Modelle sind leider noch nicht in der Lage, die Umformung eines Organobleches akkurat darzustellen und sind auch nicht flexibel genug, um auf die individuellen Eigenschaften eines anwendungsorientierten Halbzeugs einzugehen. Daher wird in diesem Projekt die FEM Software LS-DYNA® verwendet, um das Organoblech mithilfe eines Baukastenprinzips aus Balkenund Schalenelementen darzustellen. Durch geeignete Wahl der Kontakt- und Randbedingungen sowie der Materialmodelle wird es möglich, die In-plane und Out-of-plane Eigenschaften des mehrlagigen Systems zu trennen und die individuellen Materialeigenschaften der Garne zu berücksichtigen. Das Ergebnis dieser Simulation sind Informationen über die resultierende Faserorientierung und –verteilung, die elastischen und plastischen Dehnunge wie Faltenbildung, Delaminationen oder Aufreißen des Bleches.

Ziel dieses Projektes ist es, das Umformverhalten von endlosfaserverstärkten Thermoplasten im Thermoformprozess vorherzusagen und Aussagen über resultierende Faserorientierung, Endkontur und Faltenbildung zu treffen.