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Ressourceneffiziente Optimierung von Hohlkörpern aus Kunststoff mittels Multiskalensimulation
(2017)
Die mechanischen Eigenschaften von extrusionsblasgeformten Kunststoffhohlkörpern hängen wesentlich von den vom Verarbeitungsprozess beeinflussten Materialeigenschaften ab. Ziel der dargestellten Untersuchung ist, prozessabhängige Materialkennwerte in Simulationsprogrammen zu berücksichtigen und damit deren Vorhersagegenauigkeit zu erhöhen. Hierzu ist die Schaffung einer Schnittstelle zwischen Prozess- und Bauteilsimulation notwendig. Darüber hinaus wird vorgestellt, wie Simulationen auf Mikroebene (molekulardynamische Simulationen) genutzt werden können, um Materialkennwerte ohne die Durchführung eines Realexperiments zu ermitteln.
Die Produktsimulation blasgeformter Kunststoffhohlkörpern ist trotz ausgereifter Software nach wie vor mit Unsicherheiten verbunden. Der Grund dafür ist vor allem in der unzureichenden Materialbeschreibung von Polymer-Werkstoffen zu suchen. Das komplexe zeit- und temperaturabhängige Werkstoffverhalten erfordert oftmals eine Abkehr von einfachen linear elastischen Materialmodellen hin zu komplexeren nichtlinear viskoelastisch-plastischen Modellen. Darüber hinaus hat auch der Verarbeitungsprozess maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes. Eine Konsequenz daraus ist, dass lokale Materialparameter nicht mehr als konstant, sondern vielmehr als Funktion bestimmter Prozessparameter anzusehen sind. Im Rahmen des bereits abgeschlossenen Forschungsprojektes MatRes gelang es erstmals das prozessspezifische Materialverhalten blasgeformter Kunststoffhohlkörper zu identifizieren und in die Produktsimulation einzubinden. Diese Materialbeschreibung konnte dann im aktuellen Forschungsvorhaben ReBauVES dahingehend erweitert werden, dass auch Betrag und Richtung der lokalen Verstreckungen, sowie die damit verbundene Orthotropie berücksichtigt werden. Zukünftig soll es gelingen, durch die Verwendung prozessabhängiger viskoelastisch-plastischer Materialmodelle sowohl das Langzeitverhalten als auch das dehnratenabhängige Kurzzeitverhalten blasgeformter Hohlkörper mit hinreichender Genauigkeit zu beschreiben.
Ressourceneffiziente Optimierung von Hohlkörpern aus Kunststoff mittels Multiskalensimulation
(2017)
The mechanical properties of plastic components, especially if they are made of semi-crystalline polymers, are considerably influenced by the process conditions. The degree of crystallization influences thermal and mechanical properties. Even more important is the orientation of molecules due to stretching of the polymer melt. Anisotropic material properties are the result of such orientations. Up to now all these effects are not considered within the simulation models of blow molded parts.
