Formteilauslegung/Werkstofftechnik

Bindenähte stellen stets eine mechanische Schwachstelle in Kunststoffbauteilen dar. Sie lassen sich aber gerade bei komplexen Geometrien häufig nicht vermeiden. Die Festigkeit einer solchen Bindenaht hängt dabei von den Prozessparametern und den Fließvorgängen bei der Herstellung des Bauteils ab. Bei kurzfaserverstärkten Thermoplasten, die aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften bevorzugt für hochbeanspruchte Bauteile verwendet werden, spielt neben den Eigenschaften des reinen Kunststoffs zusätzlich die Orientierung der Fasern eine wichtige Rolle. Die Fasern werden durch die Bindenaht umorientiert und liegen damit häufig quer zur Hauptbelastungsrichtung. Diese komplexen Zusammenhänge lassen sich bisher nicht vollständig im Rahmen einer Bauteilsimulation erfassen. Daher kann die Festigkeit einer Bindenaht nicht im Vorfeld bestimmt werden, umfangreiche Prototypentests sind die Folge.
IKV wird daher ein Simulationsverfahren entwickelt, mit dem die Festigkeit einer Bindenaht bei kurzfaserverstärkten Bauteilen berechnet werden kann. Dabei werden die Einflüsse des Herstellprozesses und die lokale Faserorientierung berücksichtigt. Dies erfolgt im Rahmen einer integrativen Simulation, die eine Prozesssimulation mit der Strukturanalyse verknüpft. In einem ersten Schritt wurden bereits umfangreiche Versuche an Probekörpern mit Bindenähten durchgeführt und diese mechanisch charakterisiert. Um die Übertragbarkeit auf praxisrelevante Bauteile sicherzustellen, wurden unterschiedliche Bindenahttypen und Fasergehalte untersucht. Außerdem wurde die Festigkeit entlang des Fließwegs betrachtet. Anhand dieser Daten sollen mit einem phänomenologischen Modell die Bindenahtfestigkeiten berechnet und als lokale Größe an die Strukturanalyse übergeben werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Bindenahtlage und -länge korrekt erfasst wird.