Math2Composites

Ziel von Math2Composites ist die Entwicklung eines Simulations-Tools zur Materialkennwertermittlung, welches experimentelle Versuche durch validierte Simulationen ersetzt.

Die simulative Bauteil- und Prozessauslegung für textilverstärkte Faser-Kunststoff-Verbunde bedingt ein umfangreiches Versuchsprogramm zur Ermittlung von Materialkennwerten. In diesem Projekt wurde ein simulativ-experimenteller Ansatz zur effizienten Kennwertermittlung entwickelt. Dabei werden ausgehend von einfach zu bestimmenden Eingabeparametern experimentell kalibrierte, digitale Zwillinge erstellt, mit denen ein Teil des experimentellen Versuchsprogramms durch Simulationen substituiert werden kann. Der experimentelle Aufwand wird so deutlich reduziert. Am Beispiel der Permeabilität, die das Prozessverhalten bei der Imprägnierung mit einem Matrixsystem quantifiziert, konnte der skalenseparierte Modellierungsansatz validiert werden.

In dem Workflow wird zunächst auf Mikroebene die Permeabilität innerhalb der Rovings bestimmt, um diese auf der Mesoebene randomisierten Einzellagen mit soliden Rovings zuzuweisen. Die Einzellagen werden anschließend virtuell gestapelt und kompaktiert, um eine realistische Abbildung von Rovingdeformationen zu erreichen. Die bei 50 % Faservolumengehalt (FVG) kalibrierten digitalen Zwillinge wurden auf  55 % und 60 % FVG weiter kompaktiert. Die Genauigkeit der Simulationsergebnisse liegt, mit maximalen Abweichungen von -35 % bis +42 % zu den Experimenten, in der gleichen Größenordnung wie sie für experimentelle Vergleichsstudien üblich ist. Analog wurde der Workflow zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des mit Epoxidharz imprägnierten Geleges angewendet. Auf Mesoebene wurde ein Zugversuch sowohl in GeoDict als auch im Labor durchgeführt. So konnten Deformation und Versagen präzise vorhergesagt werden.