Herausforderungen bei der Simulation von Faserverbundstrukturen am Beispiel des KTM X-Bow
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- Jakob Böhmer
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1 Herausforderungen bei der Simulation von Faserverbundstrukturen am Beispiel des KTM X-Bow Mechatroniktag 2014, Saalfelden, 3. März 2014 Dr.-Ing. Martin Perterer
2 Inhalt Kurzvorstellung KTM Technologies Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Berechnungsmethoden für Faserverbundwerkstoffe Fallbeispiel KTM X-Bow Zusammenfassung
3 KTM Technologies - Daten 2008: Spin-off des KTM X-BOW Entwicklungsteams Circa 30 hochqualifizierte Spezialisten der Carbon Composite Technologie Circa 140 Mitarbeiter am Standort Anif bei Salzburg, Österreich X-Bow GT mit Straßenzulassung
4 KTM Technologies - Schwerpunkte Konzeptentwicklung Technologieentwicklung Engineering & Simulation Hennecke Streamline 65 Presse Langzauner LZT-OK-130
5 KTM Technologies - Berechnungskompetenz CFD Simulation Optimierung Fertigungsaspekte Prozesssimulation Vorauslegung Layup Definition Definition Lasten, RB, Kontakte Simulation Struktur und Crash
6 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Werkstoff entsteht zusammen mit Struktur Grundelemente»Fasern»Matrix
7 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Typische Faserarten»Kohlenstofffasern»Glasfasern»Aramidfasern»Keramikfasern»Naturfasern Typische Matrixarten»Duromere»Thermoplaste
8 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Lastübertragung mittels Fasern Matrix erfüllt Stützwirkung Metalle
9 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Richtungsabhängige mechanischen Eigenschaften Lastpfadgerechte Auslegung
10 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Sprödes und abruptes Versagen»Matrix»Fasern»Interface Effiziente Berechnungsmethoden erforderlich Beispielehafte Versagensmodi Bruchfläche einer Faserverbundstruktur
11 Berechnungsmethoden Klassische Laminattheorie»Zerlegung in Einzelschichten»Beschreibung der Gesamtstruktur E
12 Berechnungsmethoden Finite Elemente»Aufteilung der Struktur in kleine Elemente»Elementweise Berechnung»Übertragung Verhalten auf Gesamtstruktur
13 KTM X-Bow Motor:»Audi 2.0 TFSI Turbo»285 PS (210 kw)»420 Nm Trockengewicht: 847 kg km/h in 4,10 sec
14 KTM X-Bow Strukturauslegung Monocoque Randbedingungen»Feste Einspannung hinten Beispiellastfall»Torsion (F z = 4 kn bei y = 1,000 mm) Bewertungskriterien»Torsionssteifigkeit > Nm/»Kein initiales Versagen (First-ply failure)
15 KTM X-Bow Strukturauslegung Monocoque Aufbau Lagenaufbau»300 Patches»3D Geometrie»Überlappungen
16 KTM X-Bow Strukturauslegung Monocoque Bewertung der Einzellagen»Lokale Beanspruchung (IRF)»Unkritisch für alle Lagen
17 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Anforderungen»Begrenzung der max. Beschleunigung»Energieabsorption im Crashfall Beispiellastfall»Frontcrash gegen starre Wand
18 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Crashbox Dummies Schlitten Monocoque Crashbox Test Setup : Crash scenario gemäß FIA Art. 259 Technical regulations für Sportwägen
19 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Modellierung»Innen- und Außenschale»Schalen mit realem Lagenaufbau»Honigwabenkern als Volumenkörper»Richtungsabhängige Eigenschaften»Inserts als Volumenkörper»Kontakte zwischen Fügepartner
20 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Vergleich Deformationsverghalten
21 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Vergleich finale Deformation
22 KTM X-Bow Auslegung Crashbox Vergleich Verzögerung
23 KTM X-Bow CFD Simulation Cockpit Motivation»Passagierkomfort»Analyse Strömung Cockpit Randbedingungen:»140 km/h»rotierende Räder»Bewegter Untergrund Ohne Windschild Mit Windschild
24 KTM X-Bow CFD Simulation Cockpit Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit im Cockpit Mit Windschild Ohne Windschild
25 KTM X-Bow CFD Simulation Cockpit Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit im Cockpit Mit Windschild Ohne Windschild
26 KTM X-Bow CFD Simulation Cockpit Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit im Cockpit Mit Windschild Ohne Windschild
27 KTM X-Bow Simulation Fertigungsprozess Beispiel Schlosscover»RTM Verfahren»Simulation»Drapieranalyse»Simulation der Formfüllung
28 KTM X-Bow Simulation Fertigungsprozess Definition Zuschnitte Beurteilung lokaler Faservolumengehalt Gassenbildung aufgrund zu hoher Scherwinkel Aus Drapieranalyse resultierende Scherwinkel
29 KTM X-Bow Simulation Fertigungsprozess Vergleich unterschiedlicher Angussstrategien» Punktanguss» Umlaufender Filmanguss Angussstelle Angussstelle Umlaufender schmaler Kanal Angussstelle Umlaufender breiter Kanal
30 KTM X-Bow Simulation Fertigungsprozess Validierung anhand von Abbruchversuchen» Gut Übereinstimmung Fließfront» In Simulation keine lokalen Effekte berücksichtigt (Schwankung in Lagendicke, Faservolumengehalt etc.) Simulation Experiment
31 Zusammenfassung Simulationseinsatz»Gewichtsoptimierung»Lastfade»Geometrie»Kostenreduktion»Zeitersparnis
32 Kontakt Dr.-Ing. Martin Perterer KTM Technologies GMBH St. Leonharder Straße Salzburg/Anif
33 KTM Technologies Konzeptentwicklung»Ideenfindung»Konzeptionierung»Design
34 KTM Technologies Technologieentwicklung»Technikum»Verfahren undd Prozesse»Halbzeugentwicklung»Werkstoffcharakterisierung Hennecke Streamline 65 Presse Langzauner LZT-OK-130
35 KTM Technologies Engineering / Simulation»Prozesssimulation inklusive Drapiersimulationen»Berechnung und Optimierung von Strukturbauteilen»Dynamische FE Berechnungen»CFD Berechnung
36 KTM Technologies Konzeptentwicklung»Ideenfindung»Konzeptionierung»Design
37 KTM Technologies Technologieentwicklung»Technikum»Verfahren undd Prozesse»Halbzeugentwicklung»Werkstoffcharakterisierung Hennecke Streamline 65 Presse Langzauner LZT-OK-130
38 KTM Technologies Engineering / Simulation»Prozesssimulation inklusive Drapiersimulationen»Berechnung und Optimierung von Strukturbauteilen»Dynamische FE Berechnungen»CFD Berechnung
39 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Typische Faserarten»Kohlenstofffasern»Glasfasern»Aramidfasern»Keramikfasern»Naturfasern
40 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Typische Matrixarten»Duromere»Sprödes Verhalten»Nicht aufschmelzbar»thermoplaste»duktiles Verhalten»aufschmelzbar
41 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Typische Faserarten
42 Grundlagen Faserverbundwerkstoffe Typische Matrixarten
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