MeFeX GmbH

Konstruktion und Berechnung von
Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen

μPlate

Der Focus der μChain liegt auf der Berechnung von gewickelten, meist rotationssymmetrischen FKV-Bauteilen. Für viele dieser Bauteile ist die Klassische Laminattheorie (CLT) denkbar ungeeignet, da Spannungen in Dickenrichtung nicht berücksichtigt werden. In Spezialfällen oder bei Bauteilen, die eine flächige und dünnwandige Kontur besitzen, kann die einfache CLT trotzdem sehr hilfreich sein. Zusätzlich zu den für dickwandige und rotationssymmetrische Wickelbauteile spezialisierten analytischen Berechnungswerkzeugen (μTube) wurden deshalb Tools implementiert, die allgemein in der Auslegung und Berechnung von FKV-Bauteilen hilfreich sind. Die CLT ist ein nützliches Tool zur schnellen Bewertung der Eignung eines Laminats. Deshalb wurde μPlate mit in die Toolchain aufgenommen und bietet folgende Möglichkeiten:

MyCrO-Plate Mainwindow MyCrO-Plate Resulttable MyCrO-Plate Options

Die im μDesigner erstellten Laminatdesigns können sehr einfach importiert und berechnet werden. In der oberen Werkzeugleiste (2) befinden sich alle dafür benötigten Funktionen. Die Last wird wie üblich bei der CLT über Kraft- und Momentenflüsse (1) aufgegeben. Zusätzlich können thermische Lasten aufgegeben werden. Nach dem Importieren des Designs werden die verschmierten Eigenschaften des Laminats berechnet und visualisiert (4).

Folgende Funktionen stehen dem Nutzer zur Verfügung:

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, nur eine Auswahl von Ergebnissen in der Tabelle (3 bzw. 5) anzeigen zu lassen. Dargestellt werden die allgemeinen Eigenschaften des Laminataufbaus (UD/AWV, Winkel, Faservolumenanteil und Dicke). Darüber hinaus können die berechneten Dehnungen und Spannungen an der Ober- und Unterseite jeder Schicht ausgegeben werden.

Im Fall von AWVs wird zudem zwischen Schicht 1 und 2 unterschieden. Zur schnellen und einfachen Bewertung der Eignung des Laminats wird eine Versagensanalyse nach Puck durchgeführt. Anstrengungen, Bruchwinkel und Bruchtypen werden zusätzlich über farblich angepasste Icons visualisiert. So kann der Nutzer sehr schnell einen Überblick über die Belastung des Laminats gewinnen und sehr schnell besonders gefährdete Schichten identifizieren.

Zusätzlich können Spannungen und Anstrengungen über der Dicke visualisiert werden (7). In den Berechnungsoptionen (6) kann zwischen linearer Rechnung und Degradation nach VDI2014 gewählt werden. Bei nichtlinearer Rechnung werden die Kennwerte anhand der berechneten Zwischenfaserbruchanstrengung degradiert. Die Last wird dabei sukzessive aufgebracht. Jede Schicht wird in eine definierte Zahl von Sublayern unterteilt. Somit kann jede einzelne Schicht ebenfalls über der Dicke degradieren. Das ist besonders bei dicken Einzelschichten und großen Biegemomenten wichtig, da die Anstrengung hier über der Dicke der Schicht sehr stark variieren kann.

μPlate ermöglicht dem Nutzer die Berechnung von plattenförmigen FKV-Bauteilen. Im Zusammenspiel mit dem μDesigner, der es dem Nutzer ermöglich, sehr schnell und einfach Variationen von Laminaten zu erstellen, ist es das ideale Werkzeug für überschlägige Bewertungen und Abschätzungen von neuen Projektideen. Es gibt bereits eine Vielzahl von guten CLT-Tools. Als jahrelanger Anwender dieser Tools war es uns wichtig, die vorhandenen Schwachstellen dieser Programme zu eliminieren. Diese liegen häufig in der zu komplizierten und wenig anwenderfreundlichen Bedienung und nur rudimentären Visualisierungsmöglichkeiten der Ergebnisse.

Darüber hinaus ist μPlate mit dem μPyChain Python-Interface vollständig steuerbar und eine einfache automatisierte Optimierung von Laminaten unter gegebenen mechanischen oder thermischen Lasten ist in Python einfach realisierbar.