ISBN 9783843911351

978-3-8439-1135-1, Reihe Luftfahrt

Daniel Friedrich Liebau
Experimentelle und simulative Absicherung eines automatisierten Umformprozesses von Faserverbundpreforms

224 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2013), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Aufgrund der Anisotropie von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) steigt der Absicherungsaufwand im Produktentstehungsprozess, so dass in einer frühen Phase im Konstruktions- und Auslegungsprozess eine fertigungsgerechte Produktgestaltung bzw. eine fertigungstechnische Machbarkeit abgesichert werden muss. Hierbei sind Prozesseinflüsse wie die Werkzeugdimensionierung oder -kinematik, besonders bei der Großserienfertigung, im Fokus, da kurze Taktzeiten durch Automatisierung neue Störgrößen bedeuten.

Der Kern der Arbeit beinhaltet eine simulativ-experimentelle Fertigungsabsicherung von trockenen Kohlefaserhalbzeugen beim automatisierten Preforming. Für die im Rahmen der Arbeit verwendete Drapiersimulation steht ein FEM-basierter Algorithmus zur Verfügung. Hierbei werden nach einer Validierung des Simulationswerkzeugs wesentliche Geometrie- und Prozessvariablen, welche von einem automatisierten Drapierprozess für 3D-Schikanebauteile abgeleitet werden, auf die Verformungsmoden untersucht. Dabei soll explizit das Scherverhalten von Gewebe untersucht werden. Es wird eine Drapierstrategie entwickelt, um die Intensität der Scherung, hervorgerufen durch fertigungsbedingte Einflüsse, für festgesetzte Materialpaarungen zuerst simulativ minimieren zu können. Hierfür werden Parameterstudien an drei geometrischen Komplexitätsniveaus durchgeführt. Dabei wird mit sukzessiver Steigerung der geometrischen Komplexität die Drapiermethodik erarbeitet.

Für die experimentellen Absicherungsuntersuchungen wird ein Preformprüfstand konstruiert, aufgebaut und in Betrieb genommen. Das Lastenheft des Preformprüfstands wird dabei unter Einbezug der Vorarbeiten aus den FE-Drapiersimulationsergebnissen formuliert. Hierbei stellt die Integration und Adaption eines optischen Messsystems zum Nachweis der Scherverformungen eine entscheidende Rolle dar. Darüber hinaus lassen sich am Prüfstand qualitative Aussagen zu weiteren Verformungsphänomenen treffen. Die Motivation des Prüfstands ist ein Beitrag zur präventiven Absicherung von Verformungsphänomenen für komplexe 3D-Bauteile unter Einsparung von Kosten und Zeit. Es lässt sich zeigen, dass Scherverformung durch Prozessgrößen direkt zu beeinflussen ist. Abschließend wird eine Kopplung zwischen der FE-Drapiersimulation und dem Prüfstand erarbeitet, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen. Somit wird eine Möglichkeit geschaffen, den Verbesserungsbedarf der FE-Drapiersimulation aufzuzeigen.