Development of a material model suited for topology and shape optimization of crash structures made of thermoplastic fiber reinforced composites
Final Report Abstract
In dem Projekt wurde gezeigt, dass Optimierungen der Topologie, der Form und der Dimension der Querschnitte von Profilstrukturen von Profilstrukturen aus gewickelten thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden für Crashanwendungen möglich sind und die optimierten Entwürfe durch eine Vielzahl an Fertigungsrestriktionen ohne geometrische Anpassungen hergestellt werden können. Um den Fertigungsansatz der verklebten Wickelprofile zu ermöglichen, musste die interne Geometriebeschreibung und deren Manipulationsmethoden, die automatische Erzeugung der Finite Elemente Modelle und die Simulationsdatenauswertung deutlich erweitert werden. Für die Optimierungen ist es hierbei nötig, dass sie auf Simulations- und Materialmodelle zugreifen können, die das physikalische Verhalten treffend Vorhersagen. Bereits das Finden eines geeigneten Modellierungsansatzes, der zu stabilen Finite Elemente Simulationen führt, hat mehrere Anläufe in Anspruch genommen. Damit das Materialmodell den notwendigen Gültigkeitsbereich aufweisen kann, müssen verschiedene Versuche zur Materialcharakterisierung durchgeführt werden. Neben Coupontests ist das Testen von Profilstrukturen mit mehreren Kammern nötig, wenn in der Optimierung vergleichbare Strukturen erzeugt werden sollen, die auch aus mehreren Kammern bestehen. Gerade bei der Modellkomplexität hat sich nach dem ersten Optimierungslauf und den zugehörigen Versuchen gezeigt, dass eine weniger komplexe Modellierung mit weniger Kontakten und Schalenelementlagen einen größeren Gültigkeitsbereich aufweist und bessere Vorhersagen erlaubt.
Publications
- “Flexible Graph Syntax for the Topology Optimization of Crashworthiness Profile Structures Made from Thermoplastic Composites”. In: Key Engineering Materials 809 (2019), S. 493–499
D. Schneider, A. Schumacher, T. Donhauser, A. Huf und S. Schmeer
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.809.493) - “Beitrag zur Auslegung hochbeanspruchter Bauteile aus Faser-Thermoplast-Verbunden”. Dissertation. Kaiserslautern: TU Kaiserslautern, 2020
T. Donhauser
- “Calculation of highly stressed components made of carbonfiber-reinforced polyamide-6”. In: Composite Structures 280 (15. Jan. 2022), S. 114830
T. Donhauser, A. Kenf, S. Schmeer und J. Hausmann
(See online at https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114830)
