Modellierung der Fluid-Struktur-Interaktion von Formfüllprozessen zur intrinsischen Fertigung von Faserverbund-Sandwichbauteilen (FSI-Sandwich)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Henning; Professorin Dr.-Ing. Luise Kärger
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449100283

Sandwichbauteile mit Decklagen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und einem sehr leichten Kernmaterial besitzen sehr hohe spezifische Biegesteifigkeiten und sind damit optimal geeignet für Leichtbauanwendungen z.B. in den Bereichen Luftfahrt oder Automotive. Um eine möglichst kurze Prozesszeit mit wenigen Fertigungsschritten in einem großserienfähigen Prozess zu erreichen, bietet sich die Möglichkeit einer intrinsischen Sandwichbauteilfertigung im Resin Transfer Molding (RTM) an. Hierzu wird der Schaumkern zwischen die trockenen Faserhalbzeuge gelegt, und anschließend wird in einem beheizten Werkzeug unter Druck ein flüssiges Harz injiziert. Dabei muss das Druckniveau während der Injektion jedoch unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften des Sandwichkernmaterials so ausgelegt werden, dass plastische Verformungen des Kerns während der Herstellung vermieden werden. Für die virtuelle Auslegung des Prozesses sollen im Rahmen des beantragten Projektes die notwendigen Simulationsmethoden entwickelt und validiert werden. Diese basieren auf einer Fluid-Struktur-Interaktion der Harzausbreitung mit der Schaumkern- sowie der Halbzeugdeformation, welche sich wechselseitig stark beeinflussen. Die Methodenentwicklung und -validierung erfolgt in zwei Stufen. Zunächst wird ein starrer Kern betrachtet, der sich infolge der Fluidströmung verschiebt, aber nicht verformt. In der zweiten Entwicklungsstufe wird das hyperviskoelastisch-plastische Deformationsverhalten des Schaumkerns ebenfalls modelliert und die FSI-Schnittstelle entsprechend erweitert. Mit der entwickelten Methode sollen des Weiteren Parameterstudien durchgeführt werden, um den Einfluss von Prozessparametern wie Harzvolumenstrom, Werkzeugtemperatur, Schaumkerndichte, Faservolumengehalt usw. zu untersuchen. Damit erhoffen wir uns, geeignete Prozessfenster für eine intrinsische FVK-Sandwichbauteilfertigung virtuell und effizient ermitteln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen