Numerische und experimentelle Untersuchung von Faserverschiebungen bei der Infiltration dünner UD-Faserhalbzeuge

Numerische und experimentelle Untersuchung von Faserverschiebungen bei der Infiltration dünner UD-Faserhalbzeuge

FAST-LB

Motivation

Um die Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden möglichst ressourcenschonend zu gestalten, ist es sinnvoll nicht nur das Strukturverhalten, sondern bereits den Fertigungsprozess möglichst genau auszulegen und so den Materialeinsatz zu reduzieren. Dünne UD-Laminate bieten maximale Steifigkeit und Festigkeit in der Faserrichtung, jedoch auch hohe Komplexität in der Fertigung. Sie werden im Resin Transfer Molding (RTM) Verfahren gefertigt, bei dem die trockenen Faserhalbzeuge in einer geschlossenen, endkonturnahen Form unter Druck mit einem Kunststoffharz infiltriert werden. Aufgrund der UD-Struktur die Infiltrierbarkeit sehr gering, sodass es zu deutlichen Verschiebungen und Ondulationen der Fasern kommt (siehe Bilder). Um die Wechselwirkungen zwischen infiltrierendem Harz und Verschiebungen des Faserhalbzeugs besser zu verstehen, soll der Prozess numerisch abgebildet werden.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll, auf Grundlage der open-source CFD-Software OpenFOAM, eine FSI-Methode zum Fasertransport angewandt und ein Simulationsmodell aufgebaut werden. Die Ergebnisse sollen mit experimentellen Untersuchungen validiert werden, um anschließend numerische Studien durchzuführen und Einflüsse wie Infiltrationsdruck und Faserklemmung besser zu verstehen.

Inhalt

  • Recherche zum Stand der Forschung im Bereich Formfüllsimulation von UD-Faserhalbzeugen
  • Einarbeitung in die open-source Toolbox OpenFOAM
  • Aufbau eines Simulationsmodells auf Basis experimentell ermittelter Materialkennwerte
  • Ggf. Durchführung experimenteller Versuche zum Vergleich
  • Vergleich der Simulationsergebnisse mit Experimenten und Validierung des Modells
  • Virtuelle Identifikation und Untersuchung relevanter Einflussfaktoren auf die Formfüllung und FaserverschiebungenBewertung und Dokumentation der gewonnenen Erkenntnisse

Voraussetzung:

  • Motivation und Interesse im Bereich der Faserverbundwerkstoffe und der CFD-Simulation
  • Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
  • Gute Deutsch- oder Englischkenntnisse
  • Vorerfahrung in Linux und OpenFOAM von Vorteil aber nicht notwendig
 

Fachrichtung:  Maschinenbau und vergleichbar

Art der Arbeit: Simulation und Experiment

Kontakt:    

M.Sc. Hannah Decker

Tel.: +49 721 4640-505

E-Mail: hannah decker ∂does-not-exist.kit edu

 

M.Sc. Sarah Schlegel

Tel. +49 721 608-41816

E-Mail: sarah schlegel ∂does-not-exist.kit edu