CAE-Simulationskette zur Werkzeug- und Prozessauslegung von Carbonfaser-SMC-Bauteilen

Leichtbau und Leichtbauwerkstoffe sind effektive Instrumente zur Reduzierung der CO2-Emissionen in der Nutzungsphase von Fahrzeugen und spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Energieeffizienz. Die Substitution von metallischen Werkstoffen durch faserverstärkte Kunststoffe bietet in diesem Kontext viele Vorteile. Kohlenstofffaserverstärktes SMC eignet sich aufgrund seiner hervorragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften und seines Potenzials für eine hohe Funktionsintegration für die Herstellung von strukturellen Leichtbaukomponenten. Trotz des positiven Materials und Formgebungseigenschaften des SMC-Verfahrens wurde jedoch bisher noch kein CF-SMC Faserverbundstruktur in einer automobilen Strukturanwendung in Großserie eingesetzt. Gründe dafür sind die unzureichende Vorhersagbarkeit der Bauteileigenschaften und des Langzeitverhaltens.
Um diese Probleme zu überwinden, bedarf es eines Produktentwicklungsprozesses, der
Materialcharakterisierung sowie Prozess- und Struktursimulation umfasst. Diese Module werden mit geeigneten Datenschnittstellen zu einer durchgängigen CAE-Kette verknüpft [1]. Dieser Ansatz wird am Beispiel eines automobilen Querlenkers demonstriert. ... mehrDurch die Kombination der Prozesssimulation [4] mit einer Modellierung des Aushärte- und Abkühlverhaltens des Verbundes zur Verzugsanalyse kann eine Aussage über die auftretenden Eigenspannungen und den sich einstellenden Bauteilverzug
getroffen werden [5]. Der Einfluss von einstellbaren Prozessparametern, auf die sich einstellenden Fertigungseffekte wird systematisch untersucht. Auf Basis dieser Ergebnisse werden Maßnahmen zu den Anpassungen der Werkzeug- oder Prozessparameter vorgenommen, um die maßhaltige und funktionale Bauteilherstellung sicherzustellen.