In dieser Fallstudie zeigen wir detailliert den Entstehungsprozess einer Materialkarte für Polypropylen (PP) auf, das in Stoßfängersystemen von Fahrzeugen verwendet wird. Von den ersten Labortests bis hin zur abschließenden bestätigenden Crashtestsimulation.
Ausgangssituation und Projektziele
Das Entwicklungsteam unseres Kunden arbeitete an dem Entwurf eines Kunststoffstoßfängers aus PP und stieß dabei an die Grenzen der üblicherweise verfügbaren standardisierten Materialdaten. Die verwendete Materialkarte entsprach nicht der tatsächlichen Materialzusammensetzung, ließ Stoßbelastungen völlig außer Acht und wies erhebliche Diskrepanzen zwischen Simulation und physischen Tests auf.
Das Hauptziel des Projekts bestand darin, eine realistische und validierte Materialkarte für die Umgebungen Abaqus und Pam-Crash zu erstellen, die Sicherheit und Genauigkeit bei künftigen Aufprallsimulationen gewährleistet.
Material und Anwendung
Die Anwendung für den Stoßfänger eines Personenkraftwagens stellte hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Materialmodells, da das Bauteil Energieaufnahme, Zähigkeit und Formstabilität effektiv miteinander verbinden musste. Für diese Zwecke war es erforderlich, nicht nur die quasi-statische und dynamische Belastung, sondern auch das temperaturabhängige Materialverhalten zu erfassen.
Materialtests als Grundlage für die Simulation
Als Grundlage für die Beschreibung des tatsächlichen Verhaltens von PP dienten mechanische Tests, die der Praxis in der Automobilindustrie entsprechen. Wir haben Zugversuche bei verschiedenen Verformungsgeschwindigkeiten, Stoßversuche sowie eine detaillierte Auswertung der plastischen Verformung und des Versagens bei relevanten Temperaturen durchgeführt. Die gemessenen Daten wurden anschließend für die numerische Modellierung präzise bearbeitet.
Erstellung der FEM-Materialkarte
Auf der Grundlage dieser experimentellen Ergebnisse haben wir das optimale Materialmodell ausgewählt und die wichtigsten elastischen sowie plastischen Parameter identifiziert. Teil der Entwicklung war die Festlegung von Kriterien für Materialversagen sowie Optimierung der Parameter speziell für Stoßbelastungen. Die daraus resultierende Materialkarte war vollumfänglich für die Integration in die Solver Abaqus und Pam-Crash vorbereitet.
Numerische Validierung
Die Richtigkeit der erstellten Karte wurde anhand von FEM-Simulationen der Labortests überprüft, wobei wir uns auf den Vergleich der Kurven Kraft-Verschiebung und der beim Aufprall absorbierten Energie konzentrierten. Die sehr gute Übereinstimmung mit dem Experiment bestätigte die Fähigkeit des Modells, sowohl den Ort als auch die Art des Versagens korrekt vorherzusagen.
Simulierung des Bauteils
Die validierte Karte wurde anschließend in einer Simulation eines realen Stoßfängers verwendet, wodurch die realistische Verformung des Bauteils und die Verteilung der Spannungen beobachtet werden konnten. Dank dieser verlässlichen Vorhersage der Energieabsorption konnte der Kunde kritische Stellen in der Konstruktion identifizieren und die Konstruktion des Bauteils optimieren, noch bevor er mit der Fertigung physischer Prototypen begann. Dieser Ansatz führt zu einer höheren Genauigkeit der Crash-Simulationen, einer Verringerung der Anzahl physischer Tests und einer allgemeinen Verkürzung des Entwicklungszyklus. Der Kunde erlangte bei seinen Konstruktionsentscheidungen Sicherheit und erhielt eine Materialkarte, die für weitere Projekte bereitsteht.
Warum sollte man sich für die Zusammenarbeit mit LENAM entscheiden?
Unser zusätzlicher Mehrwert liegt in der einzigartigen Verbindung von Experiment und Simulation. Wir verfügen über fundierte Kenntnisse hinsichtlich des Verhaltens von Thermoplasten im Bereich der Automobilindustrie. Wir liefern validierte, industrietaugliche Materialkarten, die Sicherheit bieten. Wenn Sie Wert darauf legen, dass Ihre Simulationen wirklich der Realität entsprechen, helfen wir Ihnen dabei, das Maximum aus Ihren FEM-Simulationen herauszuholen.
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LENAM, s.r.o. ist eine spezialisierte Ingenieursfirma, die auf die Erstellung und Validierung von FEM-Materialkarten für Anwendungen in der Automobilindustrie orientiert ist. Wir unterstützen Hersteller und Entwicklungsteams dabei, zuverlässige und prädiktive Simulationen zu erstellen, die genau dem tatsächlichen Verhalten von Kunststoffteilen entsprechen.