Integrative Simulation: Vorhersage der Faserorientierung und Übertrag in die Strukturanalyse

Die Faserorientierung in spritzgegossenen Bauteilen hat einen entscheidenden Einfluss auf das mechanische Verhalten der Kunststoffbauteile, weshalb die Kenntnis über die lokale Faserorientierung dem Entwickler einen wichtigen Zusatznutzen bei der Produktentwicklung bringt. So besitzen kurzfaserverstärkte Werkstoffe in Bereichen ungünstiger Faserorientierung (Bindenähte, Fließnähte, o.ä.) meist nur einen Bruchteil der Festigkeit, wie sie im Datenblatt angegeben wird. Die Ausrichtung der Kurzfasern beim Spritzgießen hängt dabei neben Material, Geometrie und Prozessparametern sehr stark von der Anspritzposition ab. Mit Hilfe einer Spritzgießsimulation lässt sich die lokale Ausrichtung der Fasern im Bauteil vorhersagen und diese Information in eine gekoppelte Struktursimulation einbinden. Diese als integrative Simulation oder auch Co-Simulation bezeichnete Methode erlaubt es dem Konstrukteur das Bauteil belastungsgerecht auszulegen, da die Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften berücksichtigt wird.

Um die Faserorientierung vorherzusagen nutzen wir SIGMASOFT® Virtual Molding. Per 3D- Simulation wird für jedes Finite Element ein Faserorientierungstensor (FOT) berechnet. Diese ortsabhängigen Informationen können dann mittels entsprechender Schnittstelle an das FEM-Netz der jeweiligen Software für die Struktursimulation (z.B. ANSYS, ABAQUS, HyperWorks u.a.) exportiert werden. Damit können dann in der Strukturanalyse anisotrope Materialeigenschaften berücksichtigt werden, was dem Berechnungsingenieur den entscheidenden Mehrwert liefert, um mögliche Schwachstellen im Design frühzeitig aufzudecken. Der Faserexport kann nicht nur für mechanische Berechnungen sinnvoll sein, sondern z.B. auch für thermische Simulationen von Bauteilen aus wärmeleitfähigen Werkstoffen mit Kohlefaserverstärkung verwendet werden.

Weiterführende Informationen

Ausführliche Informationen zur Integrativen Simulation mit Sigmasoft und Ansys finden Sie in unserem Whitepaper "Steifigkeitsüberschätzung von kurzfaserverstärkten Kunststoffen vermeiden" aus unserer Best Practice-Reihe "Auslegung von Kunststoffbauteilen".

Inhalt:

Durch den Einsatz von CAE Zeit und Kosten sparen.................................3

Steifigkeitsüberschätzung: Isotropie vs. Anisotropie..................................4

Integrative Simulation und Faserorientierungstensor (FOT)........................5 

Direkter Steifigkeitsvergleich isotrope vs. anisotrope Simulation................7

Fazit.........................................................................................................8