Kalibrierung eines Materialmodells für die numerische Simulation eines unverstärkten thermoplastischen Kunststoffs auf der Basis von Versuchsdaten

Abstract

Der vermehrte Einsatz von thermoplastischen Kunststoffen für Funktionsbauteile, aus Gründen der Kosten- und Gewichtsreduktion, fordert die Auslegung mittels numerischer Simulation. Für Sicherheitssysteme im Insassenschutz in der Automobilindustrie muss das komplexe Materialverhalten des Kunststoffs insbesondere bei dynamischen Lasten korrekt abgebildet werden. Ziel dieser Arbeit ist die Kalibrierung eines Materialmodells zur Abbildung des Materialverhaltens von Polyamid 6.6 Zytel® ST801AW mittels der expliziten Berechnungsmethode in LS-DYNA®. Als Materialmodelle dienen die kurvenbasierten Materialmodelle MAT24 und SAMP-1. Zur Generierung der Eingangsdaten für die Materialmodelle dienen Materialversuche die In-House durchgeführt wurden. Diese sind zunächst Auszuwerten und zu Bewerten. Für die Auswertung von lokalen Dehnungen wird die Methode der Grauwertkorrelation angewendet. Die Modelle werden mittels Versuchsdaten validiert und anschließend mittels einer Reverse-Engineering-Methode in LS-OPT® optimiert. Im Anschluss erfolgt eine Validierung der Materialmodelle durch Simulation und physikalischen Test an einer Komponente.

Increasing use of thermoplastics for structural parts, due to cost and weight savings of automotive products, requires numerical simulations for development and design processes. Complex material behavior of thermoplastics has to be modelled reliably for occupant protection systems, especially for dynamic load cases. In this study a material model for a polyamide 6.6 Zytel® ST801AW is to be calibrated. Material performance is simulated by explicit method in LS-DYNA®. The curve-based models MAT24 and SAMP-1 are used as material models. Input data for the material models were obtained by material tests performed in-house. Material tests are analyzed and evaluated. The method of Digital Image Correlation (DIC) is used for the measurement of local strains. Simulation models are checked using test results and optimized in LS-OPT® using a reverse engineering method. Finally the material models are validated comparing simulations with corresponding tests of physical components.