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Umformung

Im Bereich der Umformsimulation werden Methoden für die Vorhersage des Umformverhaltens von textilen, als auch vorimprägnierten Halbzeugen entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf unidirektionalen Gelegen (UD-NCF), unidirektional verstärkten thermoplastischen Tapes (UD-Tapes) sowie auf der Kombination der textilen Drapierung und der Infiltration in einem Prozessschritt, dem sogenannten Nasspressen. Für diese Halbzeuge und Prozesse werden am KIT-FAST Methoden für die Umformsimulation in Form von geeigneten Finiten Elementen, Materialmodellen und Kontaktmodellen, unter der Verwendung des kommerziellen FE-Solvers Abaqus und den entsprechenden User-Interfaces, entwickelt. Die Forschungsanstrengungen fokussieren sich dabei auf die makroskopische Modellierung von Textilien, unter möglichst effizienter Berücksichtigung von mesoskopischen Effekten, der thermomechanischen und ratenabhängigen Modellierung von UD-Tapes sowie der Abbildung einer Fluid-Struktur-Interaktion für den Nasspressprozess. Darüber hinaus werden Methoden für die Charakterisierung der Halbzeuge in Kooperation mit dem KIT-IAM-WK und dem Fraunhofer ICT nach Stand der Forschung angewandt und für neue Materialsysteme weiterentwickelt.

 

Abb. 1: Gegenüberstellung Experiment und Simulation einer Umformung eines nähgewirktes UD-Geleges (UD-NCF) (links) (1) und eines thermoplastischen UD-Tape-Laminats (rechts) (2).

 

[1] Schirmaier, F.: Experimentelle Untersuchung und Simulation des Umformverhaltens nähgewirkter unidirektionaler Kohlenstofffasergelege (UD-Gelege), PhD thesis (German), 2016

[2] Dörr, D. et al: A viscoelastic approach for modeling bending behavior in Finite Element forming simulation of continuously fiber reinforced composites, Composites: Part A, 2016.

[3] Schirmaier, F. J.; Weidenmann, K. A.; Kärger, L.; Henning, F.: Characterisation of the draping behaviour of unidirectional non-crimp fabrics (UD-NCF). Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2016(80):28–38.

[4] Schirmaier F. J. ; Dörr, D.; Henning, F.; Kärger, L.: A macroscopic approach to simulate the forming behaviour of stitched unidirectional non-crimp fabrics (UD-NCF). Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2017(102):322–35.

[5] Dörr, D.; Schirmaier, F. J.; Henning, F.; Kärger, L.: A viscoelastic approach for modeling bending behavior in finite element forming simulation of continuously fiber reinforced composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2017(94):113–23.

[6] Dörr, D.; Henning, F.; Kärger, L.: Nonlinear hyperviscoelastic modelling of intra-ply deformation behaviour in Finite element forming simulation of continuously fibre-reinforced thermoplastics. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2018(109):585-596.