Nonlinear material modeling and simulation of thermoplastics

Titel in Übersetzung: Nichtlineare Materialmodellierung und Simulation von Thermoplasten

Matthias M. Morak

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste finden immer häufiger Anwendungen in nahezu allen Industriebereichen. Um hierbei den Aufwand an kosten- und zeitintensiven Bauteiltests zu minimieren, wird auf Finite Elemente Simulationen zur simulativen Beschreibung des Materialverhaltens unter mechanischer Beanspruchung zurückgegriffen. Aufgrund der vielen unterschiedlichen Einflussfaktoren kommen herkömmliche Materialmodelle, welche zumeist für Metalle entwickelt wurden, bei der Beschreibung der korrekten Antwort des Kunststoffs auf eine mechanische Belastung an ihre Grenzen. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher sowohl ein Standard isochor isotropes elasto-viskoplastisches Materialmodell, welches für Stahl entwickelt wurde, als auch ein anisotropes elasto-viskoplastisches Materialmodell, welches die Faserorientierung über einen mikromechanischen Ansatz mitberücksichtigt und speziell zur Simulation von Kunststoffen entwickelt wurde, untersucht und bewertet. Bei dem in dieser Arbeit betrachteten Material handelt es sich um ein Polyamid 6 mit einem Glasfaseranteil von 30 wt.%. Zur Modellkalibrierung müssen zahlreiche Experimente durchgeführt werden, um das Materialverhalten bei unterschiedlichen Dehnraten, Spannungszuständen und Faserorientierungen bestimmen zu können. Hierbei wird das Materialverhalten sowohl im quasi-statischen als auch dynamischen Deformationsbereich untersucht. Der Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit auf das mechanische Verhalten wird in dieser Arbeit vorerst einmal vernachlässigt. Da es während des Spritzgussprozesses von kurzfaserverstärkten Thermoplasten zu einer bestimmten Orientierung der Fasern, welche in erster Line durch die Geometrie und den Spritzgussprozess an sich definiert ist, kommt, werden zur Bestimmung dieser Orientierungsverteilung in den betrachteten Bauteilen Spritzgusssimulationen durchgeführt. Um möglichst genaue Informationen bzgl. der Anisotropie zu erhalten, werden außerdem die empirischen Parameter des für die Spritzgusssimulation verwendeten Materialmodells optimiert. Basierend auf den Ergebnissen der experimentellen Charakterisierung des Werkstoffs und der Spritzgusssimulation werden die Materialparameter berechnet und die Modelle entsprechend kalibriert. Hierbei werden die Versagensparameter und die Materialparameter des anisotropen Modells mit Hilfe einer nichtlinearen Optimierung anhand der experimentellen Daten angepasst. Abschließend werden beide Modelle, sowohl das isotrope als auch das anisotrope Modell, anhand einer Bauteilsimulation überprüft und bewertet.
Titel in ÜbersetzungNichtlineare Materialmodellierung und Simulation von Thermoplasten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pinter, Gerald Gerhard, Beurteiler B (intern)
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 01-07-2024

Schlagwörter

  • Kurzglasfaserverstärktes Polyamid
  • Charakterisierung
  • Isochor-isotrope elasto-viskoplastische Materialmodellierung und -kalibrierung
  • Anisotrope elasto-viskoplastische Materialmodellierung
  • Spritzgussmodellparameteroptimierung
  • Integrative Simulation

Dieses zitieren