Entwicklung einer praxisnahen Berechnungsmethodik zur Beschreibung des Crashverhaltens spritzgegossener Thermoplastschäume unter Berücksichtigung von Schäumgrad und Dehnratenabhängigkeit.
Spritzgegossene Thermoplastschäume bieten hohes Leichtbaupotenzial und ermöglichen durch ihre integrale Schaumstruktur eine deutliche Reduktion von Gewicht und Materialverbrauch. Für eine zuverlässige Auslegung unter kurzzeitdynamischer Beanspruchung fehlt der Industrie jedoch eine Berechnungsmethodik, die den lokal variierenden Schäumgrad und die Zug-Druck-Asymmetrie mit konventionellen Materialmodellen berücksichtigt. Im Projekt TP Foam Crash soll eine solche Methodik entwickelt werden.
© IKVZunächst sollen im Thermoplastschaumspritzgießen kompakte und geschäumte Platten sowie Demonstratorbauteile hergestellt werden. Durch Variation von Treibmittelgehalt, Massetemperatur, Werkzeugtemperatur, Einspritzvolumenstrom und Plattendicke wird ein Versuchsplan realisiert, der den Einfluss der Prozessparameter auf Schaummorphologie und mechanisches Verhalten erfasst. Die Schaumstruktur wird über Schliffbilder und eine automatisierte Bildauswertung lokal charakterisiert. Parallel erfolgen Prozesssimulationen, deren Schäumgradvorhersagen über eine Kalibrierung an die gemessenen Dichteprofile angepasst werden.
Auf dieser Basis entsteht später ein mikromechanisches Modell in Form eines repräsentativen Volumenelements mit idealisierter Porenstruktur. Ein dehnratenabhängiges Drucker-Prager-Modell beschreibt das Werkstoffverhalten des kompakten Thermoplasten. Durch Variation von Schäumgrad und Dehnrate werden numerische Spannungs-/Dehnungs-Kurven erzeugt, aus denen schäumgradabhängige Reduktionsfunktionen für Steifigkeit, Fließspannung und Festigkeit abgeleitet werden sollen. Diese bilden die Grundlage für eine Berechnungsroutine, die vorhandene Materialkarten kompakter Werkstoffe in äquivalente Datensätze für Integralschaumbauteile überführt.
Abschließend wird die Methodik an Prüfplatten und Bauteilgeometrien unter Impaktbelastung validiert. So entsteht eine Berechnungsmethodik, mit der insbesondere kleine und mittlere Unternehmen spritzgegossene Thermoplastschäume mit vertretbarem Kalibrieraufwand zuverlässig auslegen können.
Projektdaten und Förderung
Wir danken dem BMWE für die Förderung des IGF-Projekts (Förderkennzeichen 24650 N) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
