Kopplung der Spritzgießsimulation mit der Strukturanalyse für kurzfaserverstärkte Kunststoffe

Inhaltsangabe:Zusammenfassung: Das Hauptziel der Arbeit war die Nutzbarmachung der Ergebnisse der Spritzgießsimulation aus Moldflow für die Strukturanalyse durch das FEM Programm ABAQUS. Die orientierungsgradabhängigen Eigenschaften wie der E-Modul, der Schubmodul und die Querkontraktionszahlen werden in dieser Arbeit nicht mithilfe des „Orientation Averaging“, sondern mithilfe von Funktionen berechnet, die vorher an experimentelle Ergebnisse angepasst wurden. Die Berechnung und die Übertragung der Kennwerte, der Geometrie, der Materialrichtungen etc. erfolgt weitestgehend automatisch durch eine Schnittstelle. Die Schnittstelle ist vorerst nur zur Übertragung aller benötigten Daten von Mittelflächenelementen aus Moldflow auf Schalenelemente in ABAQUS geeignet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde außerdem eine Methode entwickelt, wie sich, ausgehend vom verallgemeinerten Hookeschen Gesetz, nichtlineares, orthotropes Werkstoffverhalten für kurzfaserverstärkte Kunststoffe modellieren lässt. Es wird der Weg aufgezeigt, wie sich solches Verhalten mithilfe einer Materialsubroutine in das kommerzielle Programm ABAQUS implementieren lässt. Das nichtlineare Verhalten wird über ein zusätzliches Modell, welches die Nichtlinearität des jeweiligen Werkstoffes berücksichtigt, dargestellt. Es erfolgt der Vergleich der linear elastischen mit der nichtlinear elastischen Simulation für den technischen Kunststoff PBT-GF30. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung / Motivation3 1.1Einleitung / Motivation3 1.2Ziel dieser Arbeit6 2.Theoretische Grundlagen7 2.1Beschreibung des Orientierungszustandes7 2.2Eigenschaften in Abhängigkeit des Orientierungszustandes8 2.3Beschreibung des Materialerhaltens14 2.3.1Herleitung des Materialmodells14 2.3.2Bezug zu den Ingenieurkonstanten16 2.3.3Nichtlineares Werkstoffverhalten und Umsetzung in ABAQUS19 3.Erläuterungen zur Schnittstelle22 3.1Beschreibung des Hauptprogramms 'Interface'22 3.2Geometrieerzeugung25 3.3Transversale Schubsteifigkeit28 3.4Beschreibung des Programms 'Librarymaker'30 3.5Hinweise zu Benutzung30 4.Ermittlung der experimentellen Daten32 4.1Bestimmung der benötigten Kennwerte für das Modell32 4.2Plausibilität der Kennwerte37 5.Beispielrechnungen / Benchmarks40 5.1Beliebig gedrehter Würfel40 5.2Schulterstab42 5.2.1Vergleich der manuellen mit der computergestützten Rechnung42 5.2.2Verifizierung des programmierten Materialmodells44 5.2.3Vergleich linear elastischer mit [...]