Simulationsmodell der in situ Konsolidierung bei der Verarbeitung von thermoplastischen Bändchenhalbzeugen zur Einbringung in eine Finite-Elemente-Umgebung
Final Report Abstract
2.1 Allgemeinverständliche Darstellung der wesentlichen Ergebnisse und der erzielten Fortschritte gegenüber dem Stand des Wissens zum Zeitpunkt der Antragstellunq Das bestehende Simulationsmodell zur Beschreibung der Temperaturverteilung beim Thermoplast- Tapelegen wurde in eine leistungsfähigere, kommerziell erhältliche Simulationssoftware (ANSYS) übertragen und dabei optimiert. Ein weiteres Modell zur Beschreibung der Deformation unter Temperatur- und Druckeinfluss wurde aufgebaut. Dieses wurde so gestaltet, dass eine Kopplung, d.h. die Verwendung der Temperaturdaten aus dem ersten Modell möglich ist. Neben der Temperaturverteilung wird die Druckverteilung als Eingangsgröße benötigt. Hierzu wurde ein Messaufbau verwirklicht, um diese zu ermitteln. Für beide Modelle wurden umfangreiche Versuchsreihen (Simulation und Experiment) zur Verifikation bei unterschiedlichen Prozessbedingungen (Geschwindigkeit, Wärmeeintrag, Anpresskraft) durchgeführt. Daneben wurde die Laminatqualität von im Autoklav konsolidierten Platten durch mechanische Prüfung und mikroskopische Untersuchungen ermittelt. Vergleichend hierzu wurden tapegelegte Platten untersucht und unterschiedliche Vorgehensweisen betrachtet um ein optimales Ergebnis zu erhalten. Für die interlaminare Scherfestigkeit erreichten die tapegelegten Proben deutlich über 90% der Werte der Autoklavproben. Im Zusammenhang mit der Charakterisierung der Laminate wurde das verwendete Schälverfahren untersucht und mit Varianten verglichen. Die grundsätzliche Eignung konnte bestätigt werden, ein eindeutiger Vorteil einer Variante wurde nicht offensichtlich. Deutlich wurde jedoch, dass die Schälprüfung lediglich für eine qualitative Bewertung und damit für eine grobe Eingrenzung geeignet ist. Proben, die bereits gute Verbindungsfestigkeiten aufweisen miteinander zu vergleichen ist hingegen nicht möglich. Hintergrund ist, dass die Ebene in der die Proben auseinandergeschält werden mit zunehmender Festigkeit immer weniger der Verbindungsschicht, welche geprüft werden soll, entsprechen. Dies konnte nachgewiesen werden. Hierzu wurde ein einfach anzuwendendes Verfahren entwickelt um die Verbindungsschicht unter dem Rasterelektronenmikroskop sichtbar zu machen. 2.2 Ausblick auf künftige Arbeiten und Beschreibung möglicher Anwendungen Die simulatorische Beschreibung des Tapelegeprozesses ist von entscheidender Bedeutung um die überwiegend empirisch erreichten, sehr vielversprechenden Ergebnisse zu untermauern und noch weiter zu steigern. Um dies leisten zu können muss die Aussagefähigkeit insbesondere für den sehr kleinen Konsolidierungsbereich unter der Andrückrolle sehr hoch sein und eine gute Übereinstimmung mit der Realität zeigen. Dabei ist die schwierige messtechnische Überprüfung der dort herrschenden Verhältnisse sowohl der Grund für die Bedeutung der Simulation, als auch das Problem bei der Bewertung der Vorhersagequalität. Die durchgeführten Arbeiten haben sich sowohl mit dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Modellen, als auch mit der Überprüfung, Neuentwicklung und Umsetzung von Messungen beschäftigt. Auf diese Basis muss aufgesetzt werden. Die Modelle sollen in ihrer Anwendbarkeit erweitert und in ihrer Aussagefähigkeit gesteigert werden. Die Potentiale der erarbeiteten messtechnischen Möglichkeiten soll ausgeschöpft werden sowohl zur weiteren empirischen Untersuchung der Zusammenhänge, als auch für die Ermittlung von Eingangswerten für die Modelle und zur Verifikation der Vorhersagen. Ziel all dieser Anstrengungen ist die Qualität der gelegten Laminate in allen Belangen möglichst dicht an die Kennwerte Autoklav- konsolidierter Laminate zu bringen.
Publications
- ECCM 13 Investigation of testing mechanisms by doping of bonding surfaces with nano particles; Proceedings 13th European Conference on Composite Materials {ECCM 13), June 2-5, 2008, Stockholm, Sweden
