Simulation des mechanischen und thermomechanischen Verhaltens faserverstärkter thermoplastischer Preßbauteile

Im Bereich der Faserverbundkunststoffe hat sich das Preßverfahren als Großserienverfahren durchgesetzt. Ein großer Teil der Anwendungen liegt im Automobil- und Nutzfahrzeugbereich. Der Einfluß der Prozeß- und Geometrieparameter auf die Eigenschaften von Preßbauteilen ist sehr groß und bei komplexen Bauteilen nicht mit Erfahrungswerten vorhersagbar. Aus diesem Grund werden verstärkt Simulationsprogramme eingesetzt, um in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses Prozesse und Bauteile zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird für thermoplastische Preßmassen ein Berechnungsmodell für die Faserorientierungen im Bauteil entwickelt und in ein FE-Programm implementiert. Die Berechnung erfolgt schichtweise, da aufgrund des Geschwindigkeitsprofils und der Einfriereffekte über die Bauteildicke unterschiedliche Faserorientierungen vorliegen. Für den das Faserrotationsverhalten beschreibenden Stoffwert wird ein neues Meßverfahren vorgestellt. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse wird ein Bildverarbeitungssystem zur Messung der Faserorientierungen entwickelt. Die Einflußparameter auf die Faser-Matrix-Entmischung in Rippen werden in dieser Arbeit in einer umfangreichen Studie analysiert und anschließend modelliert. Das thermomechanische Bauteilverhalten (Schwindung und Verzug) wied unter Berücksichtigung der anisotropen Materialeigenschaften (Steifigkeit, Wärmeausdehnung) simuliert. Für mehrere Bauteile mit unterschiedlicher Komplexität werden die Ergebnisse der Berechnung der Faserorientierungen sowie des thermomechanischen Bauteilverhaltens mit Meßergebnissen verglichen.