Fahrzeugbauteile aus Faserverbundmaterialien wie z.B. mit Kohlenstofffasem verstärkte Kunststoffe (CFK) werden daher immer häufiger im Crashfall als energieaufnehmende Komponenten verwendet. Für eine vollständig in den Fahrzeugentwicklungsprozess integrierte Crashsimulation mittels numerischer Methoden stellt dies zusätzliche Herausforderungen auf mindestens zwei Gebieten dar. Um das Verhalten von Verbundmaterialen wie CFK und deren Versagen unter dreidimensionalen Lasten zu beschreiben, müssen zum einen neue Materialmodelle entwickelt werden und zum anderen die räumliche Diskretisierung der Bauteile überdacht werden. Die gängige Methodik der Verwendung von Schalenelementen repräsentiert laminierte Verbundwerkstoffe bei weitem nicht so gut wie die Nutzung dreidimensionaler Volumenelemente. Die häufig auftretende Fragmentierung des Materials unter Crashbelastung benötigt eine adaptive Neuvernetzung oder sogar einen Wechsel zu einer vollständig anderen Diskretisierungsmethode. Netzfreie Methoden wie z.B. Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) können in Kombination mit elementbasierten Formulierungen (FE) genutzt werden, um diesen Fragmentierungsprozess abzubilden. Im vorliegenden Beitrag wird eine entsprechende Methodik beschrieben, mit der eine prognosefähige Crashsimulation von CFK-Strukturbauteilen ermöglicht wird. Ein neuentwickeltes, physikalisch sinnvolles Materialmodell wird mit einer Diskretisierung gekoppelt, die auf Finiten Volumenelementen und adaptiver Neuvernetzung, je nach Deformationsgrad und Schädigungszustand entweder durch Knotenteilung oder Smooth Particle Hydrodynamics (SPH), basiert. Die Anwendung des Modells zur Simulation eines Impaktvorganges wird anhand eines CFK-Probekörpers gezeigt.
Simulation des Energieaufnahmeverhaltens von CFK-Strukturen unter Crashbelastung mittels adaptiver numerischer Methoden
2003
6 Seiten, 3 Bilder, 10 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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