Validierung & Verifizierung von Material- & Strukturverhalten mittels Computertomographie

Im Gegensatz zu unverstärkten Materialien oder Stahl haben Composites, aufgrund der Mikrostruktur, ein komplexes Materialverhalten, das sowohl die Steifigkeit, Festigkeit wie auch das Versagen definiert. Weiterhin können durch den Herstellungsprozess abweichende Effekte von dem zu erwartenden Verhalten auftreten. Um die Materialkarten optimal zu modellieren, kann die Computertomographie die benötigten Eingangsdaten zuverlässig liefern …

Um Optimierungen an einem Bauteildesign vorzunehmen sind hinreichende Informationen über das Strukturverhalten von Bedeutung. Dabei spielt die integrative Simulation mittels der Kopplung von Herstellungsprozess, erweiterter Materialmodellierung sowie der strukturmechanischen FE- Analyse eine wesentliche Rolle. Die integrative Simulation liefert wertvolle Informationen über das Strukturverhalten des Bauteils, wodurch Optimierungsmaßnahmen abgeleitet sowie kritische Bereiche identifiziert werden können.
Der Herstellungsprozess definiert die Mikrostruktur bei orthotropen oder anisotropen Materialverhalten und bestimmt somit die Basis für das spätere Strukturverhalten des Bauteils. Aufgrund der Tatsache, dass kontinuierlich neue Materialien auf Anwendungsfälle entwickelt werden, steigt auch die Komplexität des Materialverhalten. Durch neue Compounds mit den unterschiedlichsten Additiven kann das Material unter den Einsatzbedingungen des Bauteils seine optimale Performance liefern. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass das Compound sich noch so verhält, wie geplant und unerwartete Effekte aufzeigt. Das Phänomen tritt i.d.R. auf, sobald Simulation und Realität verifiziert und validiert werden. Anschließende Abweichungen im Bauteilverhalten, trotz einer ‚state-of-the-art‘ Herangehensweise, sind oftmals auf die Eingangsdaten zurückzuführen. Die Ursache liegt meistens in der Beschreibung des Materialverhaltens in der Materialkarte. Um die Modellierung dem realen Verhalten anzupassen sind zum einen die experimentellen Daten hinsichtlich der Mikrostruktur als auch die klassischen Prüfungen notwendig.
Mit Hilfe von CT-Scans kann die Mikrostruktur sowohl auf Makro- als auch Mikroebene gemessen, abgeglichen und, sofern erforderlich, Optimierungsmaßnahmen an der Simulation vorgenommen werden. Mit der Information aus der Realität besteht die Möglichkeit das mechanische Materialverhalten einzustellen bzw. zu kalibrieren.
Auf Basis der experimentellen Datensätzen kann ein vollständiger Abgleich der Prozesskette erfolgen. Die Information über die reale Mikrostruktur auf der Bauteilebene zeigt die Übereinstimmung zwischen Vorhersagegenauigkeit des Prozesses auf und mit Hilfe eines µCT-Scans kann das Materialverhalten exakt analysiert werden.

Einen gesamtheitlichen Mehrwert ergibt sich aus der höheren Ergebnisgüte von Vorhersagen aus den Berechnungssimulationen, womit frühzeitige Anpassungen, Optimierungen an Bauteilen, Produkten oder Baugruppen erfolgen kann. Dadurch sind Kostenreduzierungen, Ausfallsicherheiten, kürzere Produktionszeiten/Umsetzungen realisierbar.

Sehr gerne unterstützen wir Sie in der Beratung als auch in der Umsetzung von Prüfungen und Vermessungen.