Fluid-Struktur-Kopplung am Beispiel gefüllter Kunststoffhohlkörper

Masterprojekt Maschinenbau - Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung

Thema: Modellbildung und Simulation

KURZBESCHREIBUNG:

Im Entwicklungsprozess extrusionsblasgeformter Bauteile (Flaschen, Kanister, Kraftstofftanks, etc.) spielen die Fall- und Crashprüfung eine wesentliche Rolle.  Es muss der Nachweis erbracht werden, dass der Artikel den Sturz aus einer vorgegebenen Fallhöhe übersteht, ohne zu versagen. Einen entscheidenden Einfluss auf das Verformungsverhalten hat hierbei der Inhalt des Behälters. Sowohl dass in der Regel inkompressible Füllmedium als auch die eingeschlossene kompressible Luft spielen dabei eine entscheidende Rolle.

In kommerziellen FEM-Programmsystemen wie  Abaqus/Explicit sind mehrere Methoden zur Modellierung von newtonischen und nicht-newtonischen Fluiden und deren Kontakt zur Struktur (Fluid-Structure-Interaction (FSI)) direkt verfügbar. Hierzu gehören die Smoothed-Particle-Hydrodynamics (SPH) und die Coupled-Eulerian-Lagrange-Methode (CEL). 

Daneben besteht aber auch die Möglichkeit, die eigentlich auf die Berechnung von Festkörper-Strukturen fokussierten Solver (wie Abaqus) mit spezialisierten CFD-Programmen (CFD – Computational Fluid Dynamics) zu koppeln. Hierfür kann u.a. die am Fraunhofer SCAI in Sankt Augustin entwickelte MpCCI-Schnittstelle verwendet werden.

Im Rahmen eines dreisemestrigen Masterprojektes sollen unterschiedliche Methoden der Fluid-Struktur-Kopplung miteinander verglichen werden. Die intern in Abaqus implementierten Methoden SPH und CEL sollen hierbei der externen Kopplung mit der Open Source CFD-Software "OpenFOAM" gegenüber gestellt werden. Im Vordergrund steht vor allem der Einfluss unterschiedlicher Modellparameter wie Netzfeinheit, Kontaktalgorithmus, etc. auf Genauigkeit und Rechenzeit der Simulation.

Die Simulationsergebnisse können im Technikum der Dr. Reinold Hagen Stiftung mit realen Ergebnissen verglichen werden. Hierzu stehen ein ein optisches Messsystem inkl. Hochgeschwindigkeitskamera sowie ein Fallturm zu Verfügung.

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1: Einarbeitung in das FEM-Programmsystem Abaqus/Explicit. Simulation der Fallprüfung unter Anwendung der internen Methoden SPH und CEL.

Masterprojekt 2: Einarbeitung in die Strömungssimulation mit dem Opensource-Solver OpenFOAM und die MpCCI-Schnittstelle. Vergleich der Methoden an einfachen Benchmark-Beispielen.

Masterthesis: Fluid-Struktur-Kopplung am Beispiel gefüllter Kunststoffhohlkörper; Vergleich unterschiedlicher Kopplungsmethoden.

Anzahl Plätze: 1