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Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation

Modellierung des viskoelastischen Materialverhaltens blasgeformter Kunststoffhohlkörpern

Hier finden Sie Informationen über das Projekt "Modellierung des viskoelastischen Materialverhaltens blasgeformter Kunststoffhohlkörpern"
Masterprojekt Maschinenbau - Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung

KURZBESCHREIBUNG:

In der Struktursimulation extrusionsblasgeformter Kunststoffhohlkörper (Flaschen, Kanister, Kraftstofftanks, etc.) spielt die Modellierung des Materialverhaltens eine wesentliche Rolle. Schon im normalen Gebrauchsbereich können die Einflüsse von Temperatur und Belastungsgeschwindigkeit auf die mechanischen Eigenschaften oftmals nicht vernachlässigt werden. Das stark unterschiedliche Materialverhalten findet sich in fast allen gängigen Produktprüfungen, vom Crash-Test bis hin zu Kurz-und Langzeitversuchen, wieder. Die Überlagerung des elastischen und (zeitabhängigen) viskosen Materialverhaltens wird im allgemeinen als Viskoelastizität bezeichnet. Die korrekte Beschreibung des Verhaltens von Polymerwerkstoffen fordert oftmals eine Wechsel von einfachen linear elastischen Materialmodellen auf komplexere nichtlinear viskoelastisch-plastische Modelle. Die Kalibrierung dieser Modelle kann jedoch aufwendig sein und erfordert den Einsatz von Reverse Engineering Methoden. Hierbei werden mit Hilfe mathematischer Optimierungsalgorithmen die Materialparameter eines simulationsgestützten Werkstoffversuchs so lange angepasst, bis die Simulationsergebnisse hinreichend genau mit experimentellen Werkstoffversuchen übereinstimmen. 

In kommerziellen FEM-Programmsystemen wie Simulia Abaqus sind linear viskoelastische Materialgesetze, wie z.B. das verallgemeinerte Maxwell-Modell, bereits standardmäßig implementiert. Einige FEM-Programmpakete verfügen auch über Ansätze zur Modellierung des nichtlinear viskoelastischen Materialverhaltens. In Simulia Abaqus ist mit dem sogenannten Parallel-Rheological-Framework (PRF) ein solches nichtlinear viskoelastisch-plastisches Materialgesetz standardmäßig implementiert. Außerdem besteht mit dem Softwarepaket Simulia Isight die Möglichkeit, Materialmodelle mithilfe von einer mathematischen Optimierung zu kalibrieren. Die dafür nötigen Materialversuche können an der Zugprüfmaschine der HBRS durchgeführt werden.

Im Rahmen eines dreisemestrigen Masterprojektes sollen Methoden entwickelt werden um nichtlinear viskoelastische Materialmodelle für Kurzzeitversuche, wie z.B. den Top-Load Test unter Berücksichtigung der Belastungsgeschwindigkeit, zu kalibrieren. Die Modelle gilt es anschließend anhand von Produktprüfungen an realen Bauteilgeometrien zu verifizieren. 

Hierzu stehen eine Zugprüfmaschine sowie ein optisches Messsystem zur Verfügung.

Co-Betreuer: Patrick Michels (Hagen Stiftung)
 

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1:

  • Einarbeitung in die nicht lineare Viskoelastizität sowie in die Struktursimulation und Optimierung mit den FEM-Programmpaketen Simulia Abaqus, Simulia Isight und Hyperworks. Entwicklung einer geeigneten Hohlkörpergeometrie und Aufbau erster Simulationsmodelle für einen Top-Load Test unter Berücksichtigung der Belastungsgeschwindigkeit.

Masterprojekt 2:

  • Experimentelle Untersuchung des Top-Load Verhaltens des in Masterprojekt 1 entwickelten Hohlkörpers unter variierender Belastungsgeschwindigkeit. Durchführung von Zugversuchen an blasgeformten Probekörpern bei unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten.     

Masterthesis:

  • Simulationsgestützte und experimentelle Untersuchungen zum dehnratenabhängigen Stauchverhalten blasgeformter Kunststoffhohlkörper unter Verwendung nichtlinear viskoelastischer Materialansätze.

Anzahl Plätze: 1