English:
The aim of this work was the creation of an interface which is able to transfer the results of the injection molding analysis of fibre reeinforced polymers done by Moldflow into the structural analysis program ABAQUS. The properties which depend on the degree of fibre orientation like Young's Modulus, Shear Modulus and Poisson's Ratio were not calculated by the method of "orientation averaging" but with the help of functions which were fitted to experimental data. The calculation and the transfer of all needed data like specific values, geometry, material direction and so on is done by an interface. The interface is suitable for midplane elements in Moldflow and transfers all data which are necessary for the usage of shell elements in ABAQUS.
In addition a method is described how nonlinear orthotropic behavior can be modeled starting from the generalized Hooke's Law. It is shown how such behavior can be implemented in ABAQUS by means of a material subroutine. The results of this subroutine are compared to an orthotropic linear simulation.
Deutsch:
Das Hauptziel der Arbeit war die Nutzbarmachung der Ergebnisse der Spritzgießsimulation aus Moldflow für die Strukturanalyse durch das FEM Programm ABAQUS. Die orientierungsgradabhängigen Eigenschaften wie der E-Modul, der Schubmodul und die Querkontraktionszahlen werden in dieser Arbeit nicht mithilfe des „Orientation Averaging“, sondern mithilfe von Funktionen berechnet, die vorher an experimentelle Ergebnisse angepasst wurden. Die Berechnung und die Übertragung der Kennwerte, der Geometrie, der Materialrichtungen etc. erfolgt weitestgehend automatisch durch eine Schnittstelle. Die Schnittstelle ist vorerst nur zur Übertragung aller benötigten Daten von Mittelflächenelementen aus Moldflow auf Schalenelemente in ABAQUS geeignet.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde außerdem eine Methode entwickelt, wie sich, ausgehend vom verallgemeinerten Hookeschen Gesetz, nichtlineares, orthotropes Werkstoffverhalten für kurzfaserverstärkte Kunststoffe modellieren lässt. Es wird der Weg aufgezeigt, wie sich solches Verhalten mithilfe einer Materialsubroutine in das kommerzielle Programm ABAQUS implementieren lässt. Das nichtlineare Verhalten wird über ein zusätzliches Modell, welches die Nichtlinearität des jeweiligen Werkstoffes berücksichtigt, dargestellt. Es erfolgt der Vergleich der linear elastischen mit der nichtlinear elastischen Simulation für den technischen Kunststoff PBT-GF30.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung / Motivation
- 1.1 Einleitung / Motivation
- 1.2 Ziel dieser Arbeit
- 2. Theoretische Grundlagen
- 2.1 Beschreibung des Orientierungszustandes
- 2.2 Eigenschaften in Abhängigkeit des Orientierungszustandes
- 2.3 Beschreibung des Materialerhaltens
- 2.3.1 Herleitung des Materialmodells
- 2.3.2 Bezug zu den Ingenieurkonstanten
- 2.3.3 Nichtlineares Werkstoffverhalten und Umsetzung in ABAQUS
- 3. Erläuterungen zur Schnittstelle
- 3.1 Beschreibung des Hauptprogramms „Interface“
- 3.2 Geometrieerzeugung
- 3.3 Transversale Schubsteifigkeit
- 3.4 Beschreibung des Programms „Librarymaker“
- 3.5 Hinweise zu Benutzung
- 4. Ermittlung der experimentellen Daten
- 4.1 Bestimmung der benötigten Kennwerte für das Modell
- 4.2 Plausibilität der Kennwerte
- 5. Beispielrechnungen / Benchmarks
- 5.1 Beliebig gedrehter Würfel
- 5.2 Schulterstab
- 5.2.1 Vergleich der manuellen mit der computergestützten Rechnung
- 5.2.2 Verifizierung des programmierten Materialmodells
- 5.2.3 Vergleich linear elastischer mit nichtlinear elastischer Simulation
- 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit zielt darauf ab, die Ergebnisse der Spritzgießsimulation aus Moldflow für die Strukturanalyse mithilfe des FEM Programms ABAQUS nutzbar zu machen. Dabei werden die orientierungsgradabhängigen Eigenschaften des Materials nicht durch „Orientation Averaging“ berechnet, sondern durch Funktionen, die an experimentelle Daten angepasst wurden. Eine Schnittstelle ermöglicht die automatische Übertragung der relevanten Daten von Mittelflächenelementen aus Moldflow auf Schalenelemente in ABAQUS.
- Entwicklung einer Methode zur Modellierung nichtlinearen, orthotropen Werkstoffverhaltens für kurzfaserverstärkte Kunststoffe
- Implementierung des Materialmodells in ABAQUS mithilfe einer Materialsubroutine
- Erstellung einer Schnittstelle zur Übertragung von Daten aus Moldflow nach ABAQUS
- Vergleich linear elastischer mit nichtlinear elastischer Simulation
- Validierung des entwickelten Modells anhand von Beispielrechnungen und Benchmarks
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Die Einleitung stellt die Motivation und das Ziel der Arbeit vor. Es wird erläutert, dass die Arbeit sich mit der Kopplung der Spritzgießsimulation mit der Strukturanalyse für kurzfaserverstärkte Kunststoffe befasst.
- Kapitel 2: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen des Themas. Es werden die Beschreibung des Orientierungszustandes, die Eigenschaften in Abhängigkeit des Orientierungszustandes sowie die Herleitung und Umsetzung des Materialmodells für nichtlineares Werkstoffverhalten erläutert.
- Kapitel 3: Das Kapitel erläutert die Schnittstelle zwischen Moldflow und ABAQUS. Es werden die Funktionsweise des Hauptprogramms „Interface“, die Geometrieerzeugung, die Transversale Schubsteifigkeit und die Benutzung des Programms „Librarymaker“ beschrieben.
- Kapitel 4: Dieses Kapitel widmet sich der Ermittlung der experimentellen Daten, die für das Materialmodell benötigt werden. Es wird die Bestimmung der benötigten Kennwerte sowie deren Plausibilität behandelt.
- Kapitel 5: Dieses Kapitel präsentiert Beispielrechnungen und Benchmarks, um das entwickelte Materialmodell zu validieren. Es werden Berechnungen für einen beliebig gedrehten Würfel sowie für einen Schulterstab durchgeführt, um das Modell zu verifizieren und die Ergebnisse linear elastischer und nichtlinear elastischer Simulationen zu vergleichen.
Schlüsselwörter
Kurzfaserverstärkte Kunststoffe, Spritzgießsimulation, Strukturanalyse, Moldflow, ABAQUS, FEM, Orientierungsgrad, Werkstoffmodell, Nichtlinearität, Schnittstelle, Materialsubroutine, Benchmarks, experimentelle Daten.
- Arbeit zitieren
- Carsten Kröner (Autor:in), 2007, Kopplung der Spritzgießsimulation mit der Strukturanalyse für kurzfaserverstärkte Kunststoffe, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/81467
