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