Herstellung, Simulation und Eigenschaftsanalyse geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des TP7 wurden verschiedene Materialmodelle zur Modellierung des Materialverbundes mit Experimenten aus den anderen Teilprojekten verglichen und für intensive Parameterstudien benutzt. Der Einfluss der Geometrie der Fügeflächen auf mechanische Charakteristiken wurde untersucht. Es wurde eine Erweiterung der bestehenden Modelle durchgeführt, um das Umformverhalten der Verbunde numerisch simulieren zu können. Die Modellierung wurde mit dem „solid interface“ Modell durchgeführt. Verschiedene Stoffgesetze für Interface-Elemente (Elastizität, Elastoplastizität, Elastoplastizität mit Schädigung, Viskoelastizität, Viskoelastizität mit Schädigung, Viskoplastizität, Viskoplastizität mit Schädigung) wurden realisiert. Die Parameter der Interface-Schicht wurden mit Hilfe experimentell ermittelter Daten bestimmt. Die Analyse wurde durch den Vergleich der simulierten Kraft-Weg-Kurven durchgeführt. Der Vergleich der verschiedenen Materialmodelle des Interfaces zeigt, dass dem Interface-Material ein beträchtlicher Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Proben zukommt. Die elastischen Eigenschaften reduzieren sich und es bildet sich eine Schädigungszone aus. Insbesondere wurden verschiedene Fügeflächen entsprechend den beim Ultraschallschweißen eingesetzten Sonotroden für Quadrat-, Rechteck, Kreis-, Kreisring-, Sichelform und Längsnaht bei verschiedenen Materialkombinationen numerisch simuliert und bewertet. Der Metallteil der Proben wurde bei der Simulation als elasto-plastisches (von Mieses) Material mit isotroper Verfestigung modelliert. Der Faser-Kunststoff-Polyamid Werkstoff CF-PA66 wurde durch orthotrop elastisches Materialverhalten beschrieben.
