Struktur- und Prozesssimulation zur Bauteildimensionierung mit thermoplastischen Kunststoffen

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Eine gezielte konstruktive Ausnutzung eines Werkstoffes erfordert fundierte Kenntnisse seiner mechanischen Eigenschaften, die bei Kunststoffen stark vom Herstellungsprozess, den Umgebungsbedingungen und den Lastfällen abhängen. Diese Eigenschaften sind zudem innerhalb eines Bauteils nicht homogen. Trotz dieser Herausforderungen sind Kunststoffe kostengünstig und automatisiert, selbst bei komplexen Geometrien, herstellbar. Struktur- und Prozesssimulationen sollen die Auslegung von Kunststoffbauteilen vereinfachen, wobei der Aufwand für Zeit und Kosten mit der Genauigkeit der Modellierung des Werkstoffverhaltens steigt. Es werden Modelle und Methoden untersucht, die eine Berechnung des Bauteilverhaltens mittels Finite-Elemente-Analyse ermöglichen. An vier verschiedenen Polymeren mit unterschiedlichen Strukturen und Verstärkungsfaserlängen wird die Abhängigkeit der Ergebnisqualität von den Einflussgrößen und Simulationsmethoden analysiert. Sowohl lineare als auch nichtlineare Berechnungs- und Materialmodellierungsmethoden sowie deren Kalibrierung werden dargestellt. Abschließend erfolgt eine Bewertung der Methoden hinsichtlich des Aufwands zur Beschaffung der notwendigen Daten und des resultierenden Nutzens der einzelnen Materialmodelle.