Anforderungen an die mechanische Materialkarte für optimale Ergebnisgüte in FE-Analysen

Abweichungen zwischen Simulation und experimentellen Tests können durch unterschiedliche Ursachen entstehen. Die häufigste Ursache betrifft die Qualität der Werkstoffkennwerte für die Erstellung der Materialkarte. Nutzen Sie unser Know-how um Ihr Ziel zu erreichen.

In der Entwicklung von Bauteildesign, Herstellungsprozess sowie der strukturmechanischen Auslegung sind Simulationen fest etabliert. Mittels numerischer Berechnungen können tiefgreifende Erkenntnisse über das Bauteilverhalten wie auch den Herstellungsprozess für weitergehende Optimierungen gewonnen werden. Um die Simulationen im Anschluss konsequent zu validieren bzw. zu verifizieren werden im Allgemeinen experimentelle Tests an Prototypen durchgeführt. Oftmals werden kritische Bereiche oder unerwartetes Bauteilverhalten in der Praxis detektiert und verursachen hohe Kosten durch unnötige Änderungsschleifen im Werkzeugdesign oder Bauteildesign.
Ursachen für das unerwartetes Verhalten im Herstellungsprozess oder Bauteilverhalten liegen häufig in den verwendeten Materialkarten für die Simulationstools. Die Eingangsdaten für die Materialkartenerstellung bestimmen hierbei die Qualität und Aussagekraft einer Simulation. Zusätzlich werden für die unterschiedlichen Fragestellungen an eine FE-Analyse abgestimmte Materialkennwerte benötigt. Im Bereich der Composite spielt die Faserorientierung sowie die Mikrostruktur eine entscheidende Rolle. Das Materialverhalten weißt bei unterschiedlichen Bedingungen wie z.B.: Temperatur- oder Dehnratenabhängigkeit verändertes Verhalten auf. Aus diesem Grund stellt die Charakterisierung der Werkstoffkennwerte sowie der Umfang der Prüfungen bezogen auf den Anwendungsfall den Grundstein für erfolgreiche Vorhersagen sowie Berechnungen dar – Zug-, Druck- oder Scherprüfung.

Die gleiche Bedeutung muss der Messmethodik, der zu charakterisierenden Werkstoffkennwerten zukommen. Eine klassische Zugprüfung reicht in vielen Einsatzgebieten nicht mehr aus, da für die Berücksichtigung von z.B. Kriechen die Viskoelastizität notwendig ist. Anderseits wird für hohe Dehnraten i.d.R. ein DIC-System für die Erfassung von lokalen Dehnungen während der Prüfung für höhere Genauigkeiten benötigt. Somit definiert die Komplexität des Anwendungsfalls und die Aussagekraft der Ergebnisse die Anforderungen für eine optimale Materialkarte.
Um unnötige Charakterisierungen und Kosten zu vermeiden, findet ein Austausch von Spezialisten in interdisziplinären Teams statt. Das heißt, dass Strukturmechaniker im Austausch mit Materialspezialisten sowie der Prozesstechnik stehen und gemeinsam den benötigten Input und die Messmethodik für Simulationen festlegen.
Schlussendlich entstehen individuelle Materialkarten für Anwendungsfälle mit denen qualifizierte Aussagen getroffen und das mögliche Optimierungspotential offengelegt werden kann.

Nicht jedes Unternehmen hat das benötigte Know-how direkt griffbereit vorliegen. Sehr gerne unterstützen wir Sie in der Beratung als auch in der Umsetzung von der Charakterisierung bis hin zu kalibrierten Materialkarten für die direkte Verwendung in unseren hauseigenen Simulationstools.