NFC-Simulation

Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie

In den letzen Jahren ist das Interesse an nachwachsenden Werkstoffen im Automobilbau stark gestiegen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) sind eine attraktive Lösung, weil sie interessante mechanische Eigenschaften aufweisen und auf nachwachsenden Rohstoffen basieren.

Ein maßgebliches Hemmnis für die großvolumige Anwendung ist die Anforderung im Automobilentwicklungsprozess, dass grundsätzlich jedes Bauteil berechenbar sein muss; das heißt jedes Bauteil muss den durchgehenden rechnerischen Nachweis der Produktionssicherheit und der Funktionserfüllung mit Hilfe der numerischen Simulation erbringen. Diese Prozedur ist in der Automobilindustrie fest etabliert, um heutigen Entwicklungszeiten gerecht zu werden.

Das nun durch ein Konsortium um das Ford Forschungszentrum begonnene Projekt soll diese Lücke für spritzgießbare naturfaserverstärkte Kunststoffe schließen.

Ziel ist es, innerhalb der Projektlaufzeit von 3 Jahren ein Serienteil aus NFK mit allen heute verfügbaren Simulationsmethoden komplett durchzurechnen und somit den Nachweis der Verwendbarkeit in der Serie zu erbringen. Gleichzeitig sollen für möglichst viele unterschiedliche NF Compounds die grundlegenden Simulationsparameter ermittelt werden, damit die gefundenen Ergebnisse in Zukunft breit angewendet werden können.

Dadurch erlangen die betrachteten naturfaserverstärkte Kunststoffe den gleichen Status bei der Werkstoffauswahl wie bereits etablierte klassische Kunststoffe. Für die mechanische Berechnung soll dabei die wichtige Simulation des Crash-Verhaltens (auch in der Gesamtfahrzeugsimulation) als Schwerpunkt betrachtet werden.

Zur Erreichung dieses Ziels muss der gesamte Prozess betrachtet werden:

  • Bestimmung der mikro-mechanischen Eigenschaften der Naturfasern vor und nach Verarbeitung
  • Herleitung eines angepassten Faserorientierungsmodells
  • Modellierung der typischen Nebeneffekte bei der Verarbeitung von NFK (Faserschädigung, Entmischung, u.ä.)
  • Produktion von NF Compounds und von Probekörpern
  • vollständige Beschreibung der rheologischen und thermischen Eigenschaften der NF- Compounds
  • Bestimmung der quasistatischen und dynamischen mechanischen Eigenschaften
  • Einbindung des Faserorientierungsmodells in eine kommerzielle Fließsimulationssoftware
  • Hochskalierung der Compoundproduktion für ausgewählte Materialien auf ein seriennahes Niveau
  • Einbindung der Werkstoffmodelle in kommerzielle CAE Software insbesondere zur Verarbeitungs- und Crash Simulation
  • Simulation eines Serienbauteiles
  • Produktion des Serienbauteiles und umfangreiche mechanische Prüfung, inklusive Crashverhalten

 

Dieses Projekt soll den Weg dafür bereiten, dass naturfaserverstärkte Kunststoffe in der Automobilindustrie und in Folge in anderen Industriezweigen entsprechend der dort üblichen Standards berechnet und simuliert werden können, wodurch ihr Anteil gegenüber konventionellen Werkstoffen signifikant steigen wird.

 

Liste der Projektpartner

Im Rahmen des Projektes NF-Guidelines "Erstellung von Konstruktionsregelwerken für das Spritzgießen und Formpressen von naturfaserverstärkten... mehr

Im Rahmen des steigenden Interesses an nachhaltigen Werkstoffen rücken die sogenannten Biopolymere immer mehr in den Fokus. Leider stehen für... mehr

Das Biopolymernetzwerk bei der FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.) ist die Informations- und Kommunikationsplattform für Wirtschaft... mehr

In den letzen Jahren ist das Interesse an nachwachsenden Werkstoffen im Automobilbau stark gestiegen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe... mehr