[Foto: Material-Test]

Material-Modellierung und -Charakterisierung

Im automobilen Entwicklungsprozess von Fahrzeugstrukturen und -komponenten ist die Finite-Elemente-Methode (FEM) ein etabliertes Werkzeug.

Berechnungen mit impliziter Zeitintegration erlauben z. B. die Analyse der Steifigkeit und Eigenmoden von Fahrzeugkarosserien sowie unterschiedliche Ansätze zur Strukturoptimierung, während die explizite Zeitintegration zur Bewertung von kurzeitdynamischen Lastfällen, wie z. B. Crashsituationen, genutzt wird.

Grundlage jedes FEM-gestützten Strukturauslegungsprozesses bilden validierte Modellierungsmethoden zur Abbildung der eingesetzten Materialien und Fügeverfahren.

Die fka bietet hier die gesamte Kette zur Erstellung validierter Materialkarten und Fügetechnikmodellen an. Die Auswahl des geeigneten Simulations- und Modellierungsansatzes richtet sich dabei nach dem Last- bzw. Anwendungsfall. Basierend auf der Analyse der Randbedingungen des zu berechnenden Systems werden geeignete Materialmodelle, Elementtypen und Interface-Modelle ausgewählt.

Hierbei ist zu definieren, welche Eigenschaften durch das Modell abgebildet werden sollen, z.B.:

  • Metalle
    • Elastisches bzw. ealsto-plastisches Verhalten
    • Anisotropie
    • Triaxialität
  • Kunststoffe
    • Elastisches bzw. elasto-plastisches Verhalten
    • Visko-elastisches Verhalten (geschäumte Materialien)
    • Materialversagen
  • Faserverbundwerkstoffe
    • Orthotropie
    • Versagensmoden (Zug, Druck, Schub-Zustände, Delamination...)
    • Strukturauflösung
    • Nachbruchverhalten
  • Fügetechnik
    • Schub- und Zugversagen
    • Mischbelastung und Interaktion
    • Wärmeeinfluss

Die Charakterisierung der Materialien oder Fügeverbindungen erfolgt anhand eines geeigneten Prüfprogramms, das in der Regel auf den jeweils relevanten Normen und Richtlinien basiert, z. B. Prüfungen an Coupon-Proben.

Für die Validierung der Modelle werden komplexere Versuche, z. B. an generischen Bauteilen oder Profilen, durchgeführt, was sowohl quasistatisch auf dem Hydropuls als auch hochdynamisch am Fallturmprüfstand erfolgen kann.

Die fka bietet die Erstellung von Materialkarten für eine Reihe gängiger FE-Solver an (z.B. LS-DYNA, Pam-Crash, Radioss, Nastran, Abaqus) an.

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Dipl.-Ing. Lutz Berger

Manager Simulation Passive Safety
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