Institut für Fahrzeugsystemtechnik - Institutsteil Leichtbautechnologie

Umformung

Im Bereich der Umformsimulation werden Methoden für die Vorhersage des Umformverhaltens von textilen, als auch vorimprägnierten Halbzeugen entwickelt. Dabei liegen die Schwerpunkte an unserem  Instituts auf unidirektionalen Gelegen (UD-NCF) [1-3], unidirektional verstärkten thermoplastischen Tapes (UD-Tapes) [4-7] sowie auf der Kombination der textilen Drapierung und der Infiltration in einem Prozessschritt, dem sogenannten Nasspressen [8-9]. 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 der Drapierung eines nähgewirktes UD-Geleges (UD-NCF) (Links) [1] und des Thermoformens eines thermoplastischen UD-Tape-Laminats (Mitte) [7]; sowie schematische Darstellung des Nasspressprozesses in der Simulation (rechts) [10].

 

Literatur

Unidirektionale nähgewirkte Verstärkungen

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

[2] 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.

[3] 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.

Thermoplastische  UD-Tapes

[4] 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.

[5] 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.

[6] Dörr, Dominik; Joppich, Tobias; Kugele, Daniel; Henning, Frank; Kärger, Luise (2019): A coupled thermomechanical approach for finite element forming simulation of continuously fiber-reinforced semi-crystalline thermoplastics. In Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 125

[7] Dörr, Dominik (2019): Simulation of the thermoforming process of UD fiber-reinforced thermoplastic tape laminates. PhD thesis. Karlsruher Institute for Technology (KIT).

Nasspressen mit Gewebe

[8] Poppe, Christian; Dörr, Dominik; Henning, Frank; Kärger, Luise (2018): Experimental and numerical investigation of the shear behaviour of infiltrated woven fabrics. In Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 114

[9] Poppe, Christian; Rosenkranz, Tobias; Dörr, Dominik; Kärger, Luise (2019): Comparative experimental and numerical analysis of bending behaviour of dry and low viscous infiltrated woven fabrics. In Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 124

[10] Poppe, Christian; Albrecht, Fabian; Krauß, Constantin; Kärger, Luise (2020): A 3D Modelling Approach for Fluid Progression during Process Simulation of Wet Compression Moulding – Motivation & Approach. In Procedia Manufacturing 47, 85–92