Anwendungsgerechte Kunststoffcharakterisierung

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1 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Anwendungsgerechte Kunststocharakterisierung 4. LS-DYNA Forum, Oktober 2005 in Bamberg advanced polymer engineering GmbH Peter Tunner Str. 4, A Leoben, Überblick Einleitung Elastomere Geschäumte Polymerwerkstoe Kompakte Polymerwerkstoe Testsystem: Impetus II Zielsetzung Versuchsdurchührung Möglichkeiten Zusammenassung H - I - 37

2 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Einleitung Einlussaktoren au das Crashverhalten Material Polymer-Zusammensetzung Chemische Grundstruktur Molekulargewichtsverteilung Morphologie des Grundpolymers Füllstoe (Talkum) Verstärkungsstoe Blend-Anteile Eigenschaten Anteile Orientierungsverhalten Anwendung Einsatzbedingungen Einsatztemperatur Belastungsgeschwindigkeit Umgebungseuchte Belastungsrichtung /-niveau Dreidimensionalität des Belastungszustandes Herstellbedingungen Fließrichtung Abkühlgeschwindigkeiten Geometrie Bauteilgeometrie/ -struktur Einleitung Kunststoamilien und die relevanten Abhängigkeiten ( Dehnung ) ( Dehnrate) Elastomere ( Temperatur ) am. und tk. Thermoplaste ( Feuchtegehalt) Duroplastische Polymere Fasergehalt, Orientierung Elastisches Verhalten ( Füllstoe ) Plastisches Verhalten ( Blendanteilen) Bruchverhalten ( Vernetzung sgrad ) Energiedissipation ( Belastungsgschichte) ( ) ( Belastungsart) ( Schäumungsgrad) H - I - 38

3 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Druckversuche an Elastomeren Dämpungselemente im Wirbelbereich des BioRID II Dynamische Charakterisierung Angepasste Prübedingungen Druckversuche an Elastomeren H - I - 39

4 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Druckversuche an Elastomeren Druckversuche an Elastomeren H - I - 40

5 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen großes reies Volumen hochkompressibel Querkontraktion 0 geringe Dichte Impaktoren, Enegieaunahme, Komorelemente Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen ( Dehnung ) ε B A 1 + Eε e e D D ε C 1 Metamodell H - I - 41

6 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen ( Dehnung ) ( Dehnrate) Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen ( Temperatur ) H - I - 42

7 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen Hydropulsprümaschine vs. Pendelprümaschine Druckversuche an geschäumten Polymerwerkstoen ( Dehnung ) ( Dehnrate) ( Temperatur ) ( Raumgewicht) ( Grundpolymer) H - I - 43

8 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Biegeversuche an kompakten Polymerwerkstoen Biegeversuche (v, l) mit Pendelprügerät Messdatenverarbeitung Anwendungsgerechte Werkstoprüung Analytische Auswertung Optimierung mit expliziter FE Steiigkeit und Fließspannung Masterkurve ür die Fließspannung Dehnratenparameter (Cowper Symonds, Johnson Cook..) Vorteile dieser Methodik Bruchdehnungen Belastungsadäquate Prüung (Biegung ist der häuigste Belastungsall) Vergleichbare Morphologie (Spritzgussteil Prükörper) Vergleichbares Versagen (Spannungsverteilung über den Querschnitt) Integrale Berücksichtigung von Zug, Druck- und Schubeigenschaten (Steiigkeiten, Fließspannungen, Versagen) Materialkarte Biegeversuche an kompakten Polymerwerkstoen Hohe Dehnraten bei niedrigen Geschwindigkeiten Belastungsadäquate Messmethode Viskoelastische, -plastische Eigenschaten, Fließgrenze Energieaunahmevermögen Bruchverhalten H - I - 44

9 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Biegeversuche an kompakten Polymerwerkstoen... advanced polymer engineering Impetus II Doppelpendel Impetus II (c) by ape - intelligent testing systems advanced polymer engineering H - I - 45

10 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Impetus II Versuchsablau seriennaher Probekörper (Flachprobe aus realen Herstellungsverahren) realitätsnahe Belastungsart (dynamische Biegebelastung) kostengünstige antriebsreie Belastung der Probekörper (Pendelmasse potentielle und kinematische Energie) rechnergesteuerte Messtechnik (umassende Instrumentierung des Meßsystems) Probekörperherstellung Versuchsdurchührung Auswerteverahren Werterückgabe Lösung der entstehenden komplexen Belastungssituation durch simultane Simulation (explizite Simulation) zusätzliche unterstützende Auswerteverahren (analytische Auswerteverahren sowie eventuelle Verwendung von Neuronalen Netzwerken zur schnelleren Startwertindung, Auswerteverahren durch Bildanalyse, ) Rückgabe von Materialdaten ür die Simulation oder direkte Verwendung (Ausgabe im entsprechend optimalen Format Messkurven Materialkarten stochastische Ausgabemöglichkeiten) Impetus II das System Impetus II H - I - 46

11 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 Material Impetus II technische Daten / eatures Druck-, Biege-, Durchstoß- und Zugprüungen quasistatische bis hochdynamische Prüungen Geschwindigkeitsbereich mm/s Elastomere, geschäumte Polymere, unverstärkte und verstärkte Thermoplaste, Duroplaste, Faserverbundwerkstoe Teilautomatisierte Auswertung bis zur Erstellung validierter Materialkarten Zusammenassung / Ausblick Entwicklungszeiten und -kosten senken => Kernziel in der F&E der nächsten Jahre und Jahrzehnte virtuelle Simulation => entwickelt sich zum wichtigsten Tool ür die F&E Kunststoe => erahren lauende, immer schneller werdende Weiterentwicklung durch die Vielalt der Anorderungen => immer mehr Typen auch ür den Crashbereich Lösungsansatz => Verständnis der Zusammenhänge und Hintergründe des Werkstoverhaltens sowie => intelligente, lexible, anwendungsgerechte neue Methoden sind essentiell ür zuküntige Entwicklungserolge H - I - 47

12 Material 4. LS-DYNA Anwenderorum, Bamberg 2005 H - I - 48