Der Vorteil von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) liegt anerkanntermaßen in seinen technisch hervorragenden Eigenschaften. Gebremst wird die Verbreitung jedoch durch die mit dem Einsatz verbundenen hohen Einzelkosten im Vergleich zu Konstruktionslösungen aus Stahl oder Aluminium. Diese zu reduzieren, ist Ziel zahlreicher Untersuchungen. Eine entscheidende Rolle dabei spielt die Simulation als wesentlicher Bestandteil einer kostenoptimierten Bauteilauslegung. Der folgende Beitrag beschreibt die Vorgehensweise von der Materialcharakterisierung bis zur Simulation eines Gesamtfahrzeuges mit einem CFK-Monocoque. angestiegenJDie Prognosegüte der FEM-Simulationen von Steifigkeits-, Festigkeits- und Crashlastfällen ist über viele Validationsschleifen immer weiter verbessert worden. Dabei ist der Materialinput für numerische FEM Simulationen von metallischen Werkstoffen relativ einfach. Er besteht im Wesentlichen aus der Beschreibung des elasto-plastischen Verhaltens und kann über einen Zugversuch ermittelt werden. Bei CFK-Strukturen mündet die elastische Deformation dagegen direkt in einen Bruch. Eim plastischer Bereich wird dabei nicht durchschritten. Für Fahrzeugkonzepte, z.B. in Monocoquebauweise, die Deformationsbereiche in CFK-Strukturen vorsehen, ist es daher notwendig, das komplexe Versagen in den Berechnungsmodellen darzustellen.
The advantage of carbon-fiber-reinforced plastics (CFRPs) is acknowledged to be their outstanding mechanical properties. Their further spread is however retarded by the high direct costs bound up with their practical use as compared with design solutions made of steel or aluminum. Numerous research studies have sought to reduce these direct costs. In this context a crucial role is played by numerical simulation as a major component of costoptimized component design. This contribution describes the procedure, from material characterization to the simulation of a complete vehicle with a CFRP monocoque. continuouslyiThe prognostic quality of FEM simulations of rigidity, strength and crashloading cases has been continuously improved via a large number of validation loops and has today reached a very satisfactory state. Material input for numerical FEM simulations of metallic materials is here a relatively straightforward matter. Basically it consists of a description of the elastoplastic behavior and can be determined via tensile testing. With CFRP structures on the other hand, elastic deformation ends directly in a fracture and without being preceded by passage through a plastic stage. For vehicle concepts, such as, for example, found in monocoque design, which provide deformation zones in CFRP structures, it therefore becomes necessary to represent this complex type of failure in the computational models.
CFK-Materialvalidierung für FEM Simulationen von Gesamtfahrzeugen
CFRP material validation for whole-vehicle FEM simulations
2012
11 Seiten, 11 Bilder, 1 Tabelle, 10 Quellen
(engl. Version S. 267-277)
Conference paper
German
British Library Conference Proceedings | 2010
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