Composites

Composite-Materialien ermöglichen Konstruktionen
mit geringem Gewicht & hoher Steifigkeit

Horizontal spacer

Speziell entwickelte Verbundwerkstoffe, sogenannte Composites, sind seit Jahrtausenden im Einsatz. Lehmziegel wurden beispielsweise aus einer Mischung aus Erde und Stroh hergestellt. Der Verbundwerkstoff bekommt viele seiner physikalischen Eigenschaften aus der Kombination der verschiedenen Materialeigenschaften. Moderne Verbundwerkstoffe vereinen Vorteile wie Leichtigkeit, Stabilität, Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Steifigkeiten und Festigkeiten. Daher werden Composites in der heutigen Industrie immer wichtiger und sind aus Branchen wie dem Flugzeugbau, der Formel 1, der Bauindustrie oder im Sport- und Freizeitbereich nicht mehr wegzudenken.

Das Design von Bauteilen aus Composites stellt Ingenieure aber vor große Herausforderungen. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen ist der Zusammenhang zwischen Belastung und resultierenden Verformungen infolge von Anisotropie und Nichtlinearität bei Composites deutlich komplexer. Auch die Bewertung von entstehenden Spannungs- und Verzerrungszuständen ist aufwändiger. Delaminierung und Bildung von Mikrorissen müssen beispielsweise bei der Verwendung von Metallen nicht berücksichtigt werden, können aber bei Verbundwerkstoffen zu Versagen führen.

MSC Software bietet umfassende Lösungsfunktionen, um Composites zu analysieren und zu optimieren. Die von MSC angebotenen Werkzeuge sind ideal für die verschiedensten Arten von Verbundwerkstoffen wie Sandwichplatten, Polymere, Nano-Verbundwerkstoffe oder Hartmetalle.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich Composites zählen:

 

Die Identifizierung und Lösung von Fertigungsproblemen bereits in der Entwurfsphase führt zu deutlichen Kosteneinsparungen.
Viele Verbundwerkstoffe erfordern beispielsweise die Anbringung mehrerer Lagen auf gewölbten Oberflächen. Dies kann zu Scherungen von Material, starken Dehnungen und deutlichen Veränderungen der Faserausrichtung führen. Zu starke Scherungen können Fertigungsprobleme zur Folge haben. Wenn die Fasern deutlich von der gewünschten Ausrichtung abweichen, könnte dies zu einer beschädigten Struktur führen.
Die Algorithmen von MSC lösen dieses Problem, indem sie bei der Voraussage der Faserausrichtung und Scherung von unidirektionalen und verwobenen Faserlagen bei der Anbringung auf gewölbten und komplexen Oberflächen behilflich sind.

 

Mit den Lösungen von MSC Software können Anwender das Verhalten von Komponenten und ganzen Baugruppen im Detail analysieren, um das Verhalten der einzelnen Strukturen genau vorherzusagen.

Zu den von MSC unterstützten Analysearten gehören:

  • Lineare & nichtlineare Analysen
  • Statische & dynamische Analysen
  • Beul- & Knickanalysen
  • Transiente, Frequenzgang-, modale & akustische Analysen
  • Multiphysikalische & multidisziplinäre Analysen
  • Vorhersage von Versagen & Verschleiß

Einfache Kontakteinstellungen erleichtern Ihnen die Modellierungsarbeit deutlich und bieten die Stabilität und Genauigkeit, die Sie zum Entwurf von Baugruppenstrukturen benötigen.

 

Aufgrund ihrer heterogenen und geschichteten Eigenschaften werden Composites von mehreren Versagensmechanismen beeinflusst. Aufgrund der Faserorientierung ergeben sich orthotrope Festigkeiten und verschiedene Versa¬gensarten wie Faserbruch, Zwischenfaserbruch und Delamination, die nach besonderen Kriterien überprüft werden müssen.

Mit MSC Software können verschiedene Schadenskriterien untersucht werden:

  • Analyse des Schädigungsfortschritts: Anwender können Voraussagen über den Schädigungsfortschritt in den Werkstoffen mit Hilfe mehrerer Versagenskriterien treffen. Dazu gehören globales Spannungs- und Dehnungskriterium, Hill, Hoffman, Tsai-Wu, Hashin, Puck, Hashin-Tape und Hashin-Fabric.
  • Delaminierung: Anwender können Ermüdung und Versagen der Schichtverbindung mit der Cohesive Zone Modeling-Technik vorhersagen.
  • Rissfortschritt: Anwender können den Rissfortschritt mit der Virtual Crack Closure Technique (VCCT) simulieren, um Produkte zu entwickeln, die resistenter gegen Rissfortschritt sind.
 

Mit Hilfe der Optimierungslösungen von MSC können Anwender ihre Entwürfe verbessern und Werkstoffkosten sparen.

Anwender können schneller Innovationen entwickeln, indem sie die Vorteile einer ganzen Reihe von Optimierungsfunktionen nutzen, einschließlich Form-, Größen- und Topologieoptimierung. Eines der größten Optimierungspotentiale bietet die Reduzierung des Gewichtes. Aber MSC kann auch dabei helfen, Gewebeüberschüsse, Laminatfamilien, Anzahl der Gewebeschichten, Faserwinkel und Stapelfolgen zu optimieren.

Bei der Optimierung von Composites sind Aussagen zur Machbarkeit in der Herstellung und zu resultierenden Bauteilkosten ein zusätzliches Muss.

 

Mit Digimat können Ingenieure sowohl Mikro- als auch Makroanalysen von Verbundwerkstoffen durchführen, um mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften für FE-Analysen aufzubereiten.

Im Fall von Spritzgußteilen beginnen Ingenieure die Modellierung normalerweise mit dem Sammeln von Werkstoffinformationen und Daten über die Faserorientierung aus Programmen wie Moldflow, 3D-Sigma, Moldex3D oder Simpoe zur Spritzguß-Simulation. Digimat kann Restspannungen und Restwärme aus dem Spritzguß-Netz berechnen und helfen, ein ideales FEA-Strukturnetz zu definieren. Ingenieure können diese Parameter in ein kommerzielles FE-Programm wie MSC Nastran oder Marc importieren.


MSC Software wird für viele Arten der Composites-Modellierung eingesetzt:
  • Carbonfaserverstärkte Verbundwerkstoffe
  • Spannungsanalyse des Laminataufbau
  • Cohesive Zone Modeling
  • Härten & Schrumpfen
  • Schädigungstoleranz
  • Delaminierung
  • Lebensdaueranalyse
  • Analyse der Zugscherfestigkeit
  • Design des Lagenaufbaus
  • Wabensandwichstrukturen
  • Optimierung der Schichtdicken und Faserorientierung
 
  • Makro- & Mikromechanische Analyse
  • Multiskalenmodellierung von Verbunden
  • Nichtlineares Verhalten
  • Teilchenverstärkte Werkstoffe
  • Schrittweises Schichtversagen
  • Rückfederung
  • Nano-Verbundwerkstoffe
  • Temperaturabhängigkeit
  • Virtual Crack Closure Technique
  • Fortschreitendes Materialversagen
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- & Raumfahrt / Verteidigung: Triebwerksgondeln, Querruder, Radarhauben, Armaturenbretter für Flugzeuge, Böden, Türen, Hitzeschilde, Tragflächenstrukturen, Ruder, Helikopterrümpfe, Rotorblätter, Ballistik
  • Fahrzeugtechnik: Karosserieverkleidung, Chassis, Stoßstangen, Bremsscheiben, Cockpit, Innenausstattung, Armaturenbretter
  • Konsumgüter: Sportartikel, Verpackungen, Kühlungen für elektronische Systeme, Fahrradrahmen, Helme, Möbel, Baumaterial
  • Energie: Rotorblätter von Windturbinen, Solarzellen, Offshore-Konstruktionen wie dickwandige, röhrenförmige Unterseerohre und Tanks
  • Medizintechnik: Prothetik, Orthetik, lasttragende Implantate, chirurgische Instrumente, endoskopische/laparoskopische Geräte, Absaug-/Spülgeräte
MSC Software Produkte: 

Digimat

Nichtlineare, multiskalare Material- & Strukturmodellierung

Dytran

Explizite Dynamik & Fluid-Struktur-Kopplung

FEA, AFEA & TFEA

Lineare, nichtlineare & thermische Analysepakete für den Desktop

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Apex

Einheitliche CAE-Umgebung für die virtuelle Produktentwicklung

MSC Fatigue

Berechnung von Lebensdauer & Betriebsfestigkeit

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

MSC Nastran Desktop

Multidisziplinäre Simulationslösung für den Desktop

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung

SimDesigner

CAD-integrierte Simulation

SimXpert

Integrierte Simulationsumgebung
+49 89 21093224
Mo-Fr 9-17 Uhr