Simulation mehrschichtiger coextrudierter Materialien

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: Simulation mehrschichtiger coextrudierter Materialien

Betreuer: Prof. Dr. Olaf Bruch (FB03/Tree), Daniel Grotenburg (RIKUTEC Group)

E-Mail: olaf.bruch@h-brs.de

Anzahl Plätze: 1

Start: Sommersemester 2025

Studiengänge:

• Maschinenbau Schwerpunkt Mechatronik
• Maschinenbau Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
• Nachhaltige Ingenieurwissenschaften

Kurzbeschreibung und Zusatzinfos

Das Extrusionsblasformen ist das Standard-Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern. Bei diesem Verfahren wird ein extrudierter Kunststoffschlauch, der sogenannte Vorformling, in einer Hohlform aufgeblasen. Dort erstarrt das Material und der fertige Artikel kann entnommen werden. Hauptanwendungsgebiete des Blasformens liegen in der Massenproduktion von Verpackungen und in der Kraftfahrzeugindustrie.

Auch aus Nachhaltigkeitsgründen sind viele Kunststoffhohlkörper als mehrlagige, sogenannte Coex-Struktur konzipiert. Verbreitet sind z.B. zwei Außenschichten aus Neuware und eine Innenschicht aus Rezyklat. Auf diesem Weg wird eine Kontamination des Füllgutes mit evtl. Rückständen im Recyclingmaterial verhindert.

Nach aktuellem Stand der Technik wird dieser mehrschichtige Aufbau in der Produktauslegung bzw. der Bauteilsimulation weitgehend vernachlässigt. Statt einer schichtweisen Betrachtung werden häufig lediglich die Eigenschaften der dominierenden Schicht oder gemittelte Materialparameter verwendet. Zudem bleibt der Einfluss von Alterungseffekten – etwa durch UV-Strahlung, thermische Einflüsse oder mechanische Belastung – auf das Langzeitverhalten der Bauteile unberücksichtigt.

Im Rahmen der ausgeschriebenen Masterprojekte und der anschließenden Masterarbeit soll dieses vereinfachte Vorgehen hinterfragt und durch neue Modellierungsansätze ersetzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines simulationsgestützten Verfahrens zur realitätsnahen Auslegung von mehrschichtigen Blasformhohlkörpern unter Berücksichtigung schichtabhängiger Materialeigenschaften und zeitabhängiger Alterungseinflüsse.

Link für Zusatzinfos:

https://www.h-brs.de/de/tree/ag-strukturmechanik

Projektphasen

Masterprojekt 1: Analyse und Validierung bestehender Modellierungsansätze für COEX-Hohlkörper

• Identifikation gängiger Simulationsansätze für mehrschichtige Schalenstrukturen (z.B Laminat-Theorie)
• Modellbildung und Simulation vereinfachter Geometrien (z.B. Probestäbe für Zug oder Biegung) innerhalb einer kommerziellen Softwareumgebung (z.B Simulia/Abaqus und/oder Altair Optistruct)
• Durchführung von experimentellen Vergleichsuntersuchungen (z. B. Zugversuch, Mikrotomografie)

Masterprojekt 2: Entwicklung eines mehrschichtigen Simulationsmodells

• Erweiterung vorhandener Simulationsmodelle für Standardbauteilprüfungen (z.B. Top Load Test, Stapeldrucktest, Innendruckprüfung) unter Berücksichtigung mehrschichtiger Schalenstrukturen
• Durchführung von Standardbauteilversuchen zur Validierung der Modellansätze anhand realer Bauteile

Masterthesis: Entwicklung eines erweiterten Simulationsworkflow für mehrschichtige Blasformhohlkörper unter Berücksichtigung von Alterungseffekten

• Modellierung schichtabhängiger Schädigung (allg. Verschlechterung mechanischer Eigenschaften) im Kunststoff aufgrund äußerer Einflüsse (z.B. UV, thermisch)
• Untersuchung und Bewertung des Einflusses auf das (mechanische) Bauteilverhalten