Verfügbarkeit: Ein simulationsbasierter Ansatz für die beanspruchungsgerechte Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundstrukturen

Ein simulationsbasierter Ansatz für die beanspruchungsgerechte Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundstrukturen:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Klein, Daniel (VerfasserIn)
Format:	Hochschulschrift/Dissertation Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Düsseldorf VDI Verlag GmbH [2017]
Ausgabe:	Als Manuskript gedruckt
Schriftenreihe:	Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 1, Konstruktionstechnik, Maschinenelemente Nr. 439
Schlagwörter:	Finite-Elemente-Methode Simulation Gestaltoptimierung Kunststoffbauteil CAD Endlosfaser Faserorientierung Leichtbau Dicke Faserverstärkter Kunststoff Bemessung Hochschulschrift
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Umfang:	XIV,192 Seiten Illustrationen, Diagramme
ISBN:	9783183439010

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG........................................................................................................................ 1 1.1 PROBLEMSTELLUNG UND MOTIVATION.......................................................................................1 1.2 ZIELSETZUNG UND AUFBAU DER ARBEIT.................................................................................. 2 2 GRUNDLAGEN.....................................................................................................................4 2.1 FASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE UND IHR LEICHTBAUPOTENTIAL ................................................... 4 2.1.1 FASERVERBUNDWERKSTOFFE UND IHRE EINTEILUNG............................................................ 4 2.1.2 DAS LEICHTBAUPOTENTIAL ENDLOSFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFFE UND DIE NOTWENDIGKEIT EINER BEANSPRUCHUNGSGERECHTEN AUSLEGUNG .................................... 5 2.2 WAHL DER KOORDINATENSYSTEME UND INDIZIERUNG...............................................................7 2.3 DAS MECHANISCHE VERHALTEN DES MEHRSCHICHTVERBUNDES.................................................. 8 2.3.1 GRUNDLEGENDE GLEICHUNGEN DER MEHRSCHICHTENTHEORIE ............................................ 8 2.3.2 EINFLUSS DES SCHICHTAUFBAUS AUF DAS VERFORMUNGSVERHALTEN DES MEHRSCHICHTVERBUNDES..............................................................................................13 2.4 FESTIGKEITSBEWERTUNG BEI FASERVERBUNDKUNSTSTOFFEN.......................................................15 2.4.1 DIE V ERSAGENSARTEN DER UNIDIREKTIONALEN EINZELSCHICHT ......................................... 16 2.4.2 ENTWICKLUNG VON FESTIGKEITSKRITERIEN FUER ENDLOSFASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE ....... 20 2.4.3 DAS BRUCHKRITERIUM NACH PUCK ............................................................................... 22 2.5 HERSTELLUNG ENDLOSFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFFBAUTEILE....................................................25 2.5.1 FERTIGUNGSVERFAHREN FUER ENDLOSFASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFBAUTEILE........................26 2.5.2 KRITERIEN FUER DIE AUSWAHL EINES GEEIGNETEN FERTIGUNGSVERFAHRENS........................28 2.6 BESTEHENDE ANSAETZE UND HILFSMITTEL FUER DIE AUSLEGUNG ENDLOSFASERVERSTAERKTER FASERVERBUNDSTRUKTUREN.................................................................................................. 30 2.6.1 HILFSMITTEL ZUR UEBERSCHLAEGIGEN DIMENSIONIERUNG UND VORAUSWAHL ....................... 30 2.6.2 KLASSISCHE METHODEN ZUR AUSLEGUNG UND DIMENSIONIERUNG ................................ 33 2.6.3 FE-MODELLE ALS WICHTIGE BASIS DER RECHNERUNTERSTUETZTEN AUSLEGUNG .................... 37 2.6.4 ANSAETZE AUF BASIS VON OPTIMIERUNGSALGORITHMEN .................................................. 38 2.6.5 DAS KOMMERZIELLE SOFTWARE-WERKZEUG VON A LTAIR ............................................ 40 2.7 GRUNDLAGEN ZUR METHODISCHEN ENTWICKLUNG VON FASERVERBUNDSTRUKTUREN.....................42 2.7.1 METHODISCHE VORGEHENSMODELLE IN DER PRODUKTENTWICKLUNG ............................... 42 2.7.2 DAS VORGEHENSMODELL DER V D I2014 FUER DIE ENTWICKLUNG VON FASERVERBUNDBAUTEILEN..............................................................................................43 2.8 METHODEN ZUR BERECHNUNG KRAFTFLUSSGERECHTER FASERORIENTIERUNGEN ................................ 45 2.8.1 DIE LASTPFADMETHODE NACH K E L L Y ......................................................................... 46 2.8.2 DER CAIO-ALGORITHMUS...........................................................................................48 2.8.3 GEGENUEBERSTELLUNG DER LASTPFAD- UND CAIO-METHODE ......................................... 50 3 ANFORDERUNGEN AN EINEN AUSIEGUNGSPROZESS FUER FASERVERBUNDSTRUKTUREN ....... 52 3.1 EINORDNUNG DES BEGRIFFE AUSLEGUNG IN DAS VORGEHENSMODELL DER VDI 2014 .............. 52 3.2 DIE BESONDEREN HERAUSFORDERUNGEN BEI DER AUSLEGUNG VON FVK-STRUKTUREN................54 3.3 ABLEITUNG DER ANFORDERUNGEN AN EINEN AUSLEGUNGSPROZESS FUER ENDLOSFASERVERSTAERKTE FASERVERBUNDSTRUKTUREN...................................................................................................56 3.4 DISKUSSION BISHERIGER AUSLEGUNGSMETHODEN..................................................................58 4 KONZEPT EINES NEUEN SIMULATIONSBASIERTEN AUSLEGUNGSANSATZES .......................... 61 4.1 DER NEUE ANSATZ IM UEBERBLICK..........................................................................................61 4.2 BERECHNUNG DER ZU BERUECKSICHTIGENDEN HAUPTSPANNUNGSTRAJEKTORIEN AUF BASIS EINER MODIFIZIERTEN CAIO-OPTIMIENMG...................................................................................62 4.2.1 DIE ERFORDERLICHEN MODIFIKATIONEN AM CAIO-ALGORITHMUS .................................. 63 4.2.2 DER MODIFIZIERTE CAIO-ALGORITHMUS......................................................................70 4.2.3 INTEGRATION DES CAIO-ALGORITHMUS IN DEN ABLAUF EINER CAIO-OPTIMIENMG ...... 72 4.2.4 DER ALLGEMEINE ABLAUF DER MODIFIZIERTEN CAIO-OPTIMIENMG.............................75 4.2.5 BEISPIELHAFTES ERGEBNIS DER MODIFIZIERTEN CAIO-OPTIMIENMG ........................... 77 4.3 BERECHNUNG DER ERFORDERLICHEN FASERORIENTIERUNGEN DURCH REDUKTION DER PROJIZIERTEN HAUPTSPANNUNGSTRAJEKTORIEN............................................................................................78 4.3.1 LOESCHEN PROJIZIERTER HAUPTSPANNUNGSTRAJEKTORIEN MIT NIEDRIGEN ABSOLUTBETRAEGEN........................................................................................................ 78 4.3.2 VEREINIGUNG PROJIZIERTER HAUPTSPANNUNGSTRAJEKTORIEN MIT AEHNLICHER AUSRICHTUNG............................................................................................................... 80 4.3.3 BEISPIELHAFTES ERGEBNIS NACH DER REDUKTION DER HAUPTSPANNUNGSTRAJEKTORIEN ...... 87 4.4 AUFFINDEN VON BEREICHEN AEHNLICHER FASERORIENTIERUNG....................................................88 4.4.1 AUSWAHL BESTEHENDER CLUSTERALGORITHMEN ............................................................... 89 4.4.2 VORARBEITEN FUER DIE ANWENDUNG DER BESTEHENDEN CLUSTERALGORITHMEN AUF DAS PROBLEM DER CLUSTERANALYSE VON FASERORIENTIERUNGEN............................................93 4.4.3 ANWENDUNG DER CLUSTERALGORITHMEN FUER UNTERSCHIEDLICHE DEMONSTRATOREN UND DISKUSSION DER ERGEBNISSE.......................................................................................96 4.4.4 ENTWICKLUNG EINES GEOMETRIEBASIERTEN CLUSTERALGORITHMUS ................................... 99 4.4.5 BEISPIELHAFTE ERGEBNISSE UND SPEZIELLE EIGENSCHAFTEN DES GEOMETRIEBASIERTEN CLUSTERALGORITHMUS..................................................................................................106 4.4.6 PLAUSIBILISIERUNG DER ERGEBNISSE DES GEOMETRIEBASIERTEN CLUSTERALGORITHMUS MITHILFE EINES MODIFIZIERTEN K-MEANS-ALGORITHMUS ......................................... 109 4.4.7 REDUKTION DER CLUSTERANZAHL.................................................................................. 112 4.5 DEFINITION FERTIGUNGSGERECHTER MATTENZUSCHNITTE...........................................................116 4.5.1 ENTWICKLUNG EINES FASERUEBERDECKUNGS- UND BEANSPRUCHUNGSWERTS FUER DIE MANUELLE NACHBEARBEITUNG DER CLUSTERGEOMETRIE.................................................116 4.5.2 BEISPIELE FUER DEN FASERUEBERDECKUNGS- UND BEANSPRUCHUNGSWERT SOWIE DIE MANUELLE NACHBEARBEITUNG DER CLUSTERGEOMETRIE.................................................122 4.6 ERMITTLUNG DER SCHICHTREIHENFOLGE UND -DICKEN AUF BASIS EINES EVOLUTIONAEREN ALGORITHMUS.................................................................................................................. 126 4.6.1 DER GRUNDLEGENDE AUFBAU DER VERWENDETEN EVOLUTIONAEREN ALGORITHMEN .......... 126 4.6.2 BESONDERE HINWEISE ZUR PARAMETRISIERUNG UND DER BERUECKSICHTIGUNG VON FERTIGUNGSRICHTLINIEN...............................................................................................128 4.6.3 BEISPIELHAFTES ERGEBNIS NACH DER ANWENDUNG DES EVOLUTIONAEREN ALGORITHMUS............................................................................................................ 131 5 INTEGRATION DES ANSATZES IN DEN PRAKTISCHEN AUSLEGUNGSPROZESS ........................ 133 5.1 ENTWICKLUNG DER SOFTWARE MSSCODE ...........................................................................133 5.1.1 AUFBAU UND OBERFLAECHE DER SOFTWARE....................................................................133 5.1.2 GRAFISCHES INTERAKTIONSMENUE FUER DAS LAMINATDESIGN INNERHALB MFTCODE ......... 135 5.1.3 INTEGRATION VON MFKCODE IN DIE PRAKTISCHE SOFTWAREUMGEBUNG DES PRODUKTENTWICKLERS................................................................................................. 136 5.2 EIN VORGEHENSPLAN FUER DIE AUSLEGUNG ENDLOSFASERVERSTAERKTER FVK-STRUKTUREN AUF BASIS DES NEUEN AUSLEGUNGSANSATZES ............................................................................ 137 6 PRAKTISCHE ANWENDUNG DES AUSLEGUNGSANSATZES ................................................... 142 6.1 AUSLEGUNG EINES Q-SPANT.............................................................................................. 142 6.1.1 AUFGABENSTELLUNG FUER DEN Q-SPANT........................................................................142 6.1.2 DEFINITION EINES BEANSPRUCHUNGSGERECHTEN LAMINATAUFBAUS FUER DEN Q-SPANT UEBER DEN NEUEN AUSLEGUNGSANSATZ.........................................................................143 6.1.3 ERGEBNISDARSTELLUNG UND DISKUSSION.......................................................................150 6.1.4 PLAUSIBILISIERUNG DER AUSLEGUNGSERGEBNISSE DES Q-SPANTS AUF BASIS EINER SPANNUNGSANALYSE...................................................................................................153 6.2 AUSLEGUNG EINER FRONTFLUEGELANBINDUNG IN CFK-SANDWICH-BAUWEISE ......................... 155 6.2.1 AUFGABENSTELLUNG FUER DIE FRONTFLUEGELANBINDUNG....................................................155 6.2.2 DEFINITION EINES BEANSPRUCHUNGSGERECHTEN LAMINATAUFBAUS FUER DIE FRONTFLUEGELANBINDUNG UEBER DEN NEUEN AUSLEGUNGSANSATZ....................................156 6.2.3 ERGEBNISDARSTELLUNG UND DISKUSSION...................................................................... 160 6.2.4 FERTIGUNG UND INBETRIEBNAHME DER FRONTFLUEGELANBINDUNG ................................... 162 6.3 ABSCHLIESSENDE DISKUSSION DES AUSLEGUNGSANSATZES.....................................................162 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK.............................................................................165 8 ANHANG......................................................................................................................... 169 8.1 AUFBAU UND LASTFAELLE DER DEMONSTRATOREN AUS KAPITEL 4 ..............................................169 8.1.1 DEMONSTRATOR 1 - LOCHPLATTE ................................................................................. 169 8.1.2 DEMONSTRATOR 2 - BOLZENLASCHE..............................................................................169 8.1.3 DEMONSTRATOR 3 - Q-SPANT..................................................................................... 170 8.1.4 DEMONSTRATOR 4 - LAENGSTRAEGER.................................................................................170 8.2 BEISPIELHAFTE ERGEBNISSE DER CLUSTERALGORITHMEN AUS KAPITEL 4.4.3 .............................. 171 8.2.1 ERGEBNISSE DER CLUSTERALGORITHMEN FUER DIE LOCHPLATTE (DEMONSTRATOR 1) ........... 171 8.2.2 ERGEBNISSE DER CLUSTERALGORITHMEN FUER DEN LAENGSTRAEGER (DEMONSTRATOR 4) ......... 172 8.3 ZUSAETZLICHE ANGABEN ZU DEN LAMINATAUFBAUTEN AUS KAPITEL 6.1.3 .............................. 173 8.3.1 DIE STEIFIGKEITSEIGENSCHAFTEN DER EINZELNEN LAMINATAUFBAUTEN ........................... 173 8.3.2 DER LAMINATAUFBAU MFKCODE C UND DIE ERGEBNISSE NACH AUSLEGUNG MIT A LTAIR OPTISTMCT............................................................................................ 174 9 LITERATUR 175
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