Helius: Ergebnisübergabe aus Moldflow zur kunststoffgerechten Analyse in ANSYS

Transkript

1 Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik Helius: Ergebnisübergabe aus Moldflow zur kunststoffgerechten Analyse in ANSYS Kurzvorstellung TH Nürnberg / OHM-CMP Generelles Vorgehen mit Helius PFA Anwendungsbeispiel Resümee Copyright - Darf nur im Rahmen der bestimmungsgemäßen Lehrveranstaltungen verwendet und vervielfältigt werden.

2 Kurzvorstellung TH Nürnberg / OHM-CMP

3 TH Nürnberg - Statistik Wintersemester 2016/2017 Studierende Professorinnen und Professoren 321 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 226 wiss. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 108 Administration und Services 326

4 Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung OHM-CMP

5 OHM-CMP Labor für Produktentwicklung Additive Manufacturing Kunststoff (FFF/FDM, SLS, SLA) Metall (SLM/LaserCusing)

6 OHM-CMP Labor für Produktentwicklung 3D-Scannen Bauteile und Räume 50 µm 150 m

7 Generelles Vorgehen mit Helius PFA

8 Generelles Vorgehen mit HELIUS PFA und ANSYS Vereinfachtes Vorgehensmodell: linear-elastisch Composites elasto-plastisch Ergebnis ANSYS Workbench (!) kein Moldflow-Spezialist notwendig großteils automatisiertes Vorgehen deutlicher Mehrwert durch multiscale simulation

9 Anwendungsbeispiel

10 Quelle: Huber SE, Berching Scheibenfilter in der Wasseraufbereitung

11 Quelle: Huber SE, Berching Scheibenfilter

12 Quelle: Huber SE, Berching Scheibenfilter

13 Scheibenfilter Vollkunststoffrahmen CAD-Modell Größe: Werkstoff: ca. 650 mm Borealis GB 364 WG

14 Scheibenfilter Vollkunststoffrahmen Randbedingungen Filternetz wird unter Vorspannung heißgeprägt Vorspannung tangential/radial Vorspannung tangential: 300 N Vorspannung radial: 150 N

15 Scheibenfilter Vollkunststoffrahmen Netzaufbau Tetraederelemente (TET10) Knoten: Elemente:

16 Scheibenfilter Vollkunststoffrahmen Ergebnisse Berechnung linear-elastisch: max. ca. 200 MPa zumeist <100 MPa

17 Verbesserung des Berechnungsergebnisses mit Helius PFA

18 Mapping der Werkstoffeigenschaften Berechnungsnetze Werkstoffeigenschaften

19 Werkstoffmodell für HELIUS PFA entwickeln Es müssen für das Materialmodell von HELIUS PFA folgende Daten vorliegen: - Winkel der Faserrichtung zur Zugrichtung (0, 30, 45, 60, 90 Grad) - Spannung, Dehnung, Temperatur Mindestens 15 Proben pro Winkel! Proben mit Faserrichtung wurden aus gespritzten Platten (Filmanguss) ausgefräst. Geometrie: Kleinzugzugstab B (Campus Zugstab 1:4) Werkstoff: Borealis GB 364 WG (30% Glasfasern, Polypropylene Compound) Platten: 60 mm x 60 mm

20 Werkstoffmodell entwicklen Messung über Traversenweg Prüflänge entspricht Klemmabstand 20 mm

21 Spannung [MPa] Erzeugung der Spannungs-Dehnungskurven Probenauswertung csv-datei ,00 2,00 4,00 6,00 Dehnung [%] Import in Helius PFA

22 Spannung [MPa] Ergebnisse der Berechnung Moldflow ANSYS 70 Werkstoff ,00 2,00 4,00 6,00 Dehnung [%] HELIUS PFA SVAR9 SVAR1 SVAR11

23 Zustandsvariablen (SVARs, State Variable Outputs) SVAR1: Reduktionsstatus der Gauß'schen Punkte 1,0 Material ohne Festigkeitsverlust 2,0 Ausfall an der Position des Gauß'schen Punkts und Reduktion der Materialsteifigkeiten

24 Zustandsvariablen (SVARs, State Variable Outputs) SVAR9: Tangente-Elastizitätsmodul des Matrixmaterials Wenn die tangentiale Steifigkeit abnimmt, erfährt die Struktur eine plastische Verformung oder Aufweichung.

25 Zustandsvariablen (SVARs, State Variable Outputs) SVAR11: Effektive Spannung der Matrix (von Mises) Überschreitet SVAR11 die maximale effektive Spannung für das Von Mises- Ausfallkriterium, kommt es zum Bruch. Hinweis darauf, wie nahe das Material vor einem Ausfall steht. ANSYS Moldflow

26 Resümee für die Anwendung

27 Resümee für die Anwendung Einzigartige Verknüpfung von Simulationsergebnissen. Benutzung von ANSYS Workbench ist möglich. Kein Moldflow-Spezialist für Anwendung notwendig. (eher FEM-Spezialist!) Großteils automatisiertes Vorgehen gegeben. Rechenzeit und Datenmengen enorm FEM-Rechnung von 4h auf 28h HELIUS Netz-Mapping dauert eher Stunden als Minuten ANSYS Input-Datei linear elastisch: 200 MB ANSYS Ergebnis-Datei elasto-plastisch ( nach HELIUS ): 51 GB (!) Erzeugung von Richtungsabhängigen Materialdaten (0/45/90 Grad) sehr aufwändig Probenherstellung + Zugversuche + Aufbereitung für Auswertung der Analyseergebnisse Erfahrung notwendig (SVARs) Durch Zusammenspiel von mehreren komplexen Softwarepaketen sind Konfigurationsfehler schwer zu beheben.

28 Hilfreiche Links / Kontakt HELIUS PFA Tutorial Hauptseite HELIUS PFA ANSYS Tutorials HELIUS PFA Zustandsvariablen (SVARs) Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Michael Koch Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung (OHM-CMP) Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm Postfach, Nürnberg Besucheradresse: K: STANDORT KESSLERPLATZ Keßlerplatz 12, Nürnberg, Gebäude KB, Raum KB.306c mobil: 01578/ ; Telefax: 0911/ michael.koch@th-nuernberg.de Institut OHM-CMP