Experimentelle Untersuchung von Polypropylen-Schaum · PDF fileªSimulation des Schaums...

15. September 2005/Huber Folie 1 / 15
Experimentelle Untersuchung von Polypropylen-Schaum als Basis fr die numerische Simulation
UlrichUlrich Huber, Huber, Martin MaierMartin Maier
Institut fr Verbundwerkstoffe GmbHErwin-Schrdinger-Str. 5867663 KaiserslauternGermany

Folie 2 / 1515. September 2005/Huber
berblick
Materialprfung
Zug-, Druck- und Schubversuche mit lokaler Deformationsmessung
Identifikation von Einfluparametern
Materialmodellierung
Modellierung in Abaqus: Mglichkeiten und Grenzen
Anforderungen an das Materialmodell
Zusammenfassung

Materialprfung
einachsige Druckversuche
einachsige Zugversuche
Schubversuche
Hydrostatische Versuche
Relaxationsversuche

Optische DeformationsanalyseGlobale und lokale Messung
Dehnung [-]
Span
nung
[MPa
]

Optische DeformationsanalyseLokalisation
00,020,040,060,080,1
0,120,140,160,180,2
0 5 10 15 20 25time [s]
stra
in [-
Local1Local2Local3Local4Local5Local6Local7Local8Local9Local10Local11Global
Zeit [s]
Deh
nung
[-]

Einachsige Druckversuche (Dichtevariation)
Weg [mm]
Kra
ft [N
]
Dichte [g/l] E-Modul [MPa]Plateauspannung
[MPa] Poissonzahl
20 1,85 0,14 0,0240 6,39 0,34 0,0260 11,48 0,53 0,0280 18,42 0,89 0,04
Deformationsgeschwindigkeit: 0,5 mm/sTemperatur: 23C

Einachsige Druckversuche(Geschwindigkeitsvariation)
W eg [m m ]
Kra
ft [N
]

Einachsige Zugversuche(Dichtevariation)
Weg [mm]
Kra
ft [N
]
Dichte [g/l]
E-Modul [MPa]
Spannung [MPa] Poissonzahl
20 1,89 0,21 0,4540 11,61 0,57 0,4160 20,78 0,84 0,3280 29,43 1,07 0,29
Zugprobe
erzwungene Expansion nach Druck
Deformationsgeschwindigkeit: 0,5 mm/sTemperatur: 23C

Schnellzereiprfung
Konstruktion Prfstand

Einachsige Zugversuche(Temperaturvariation)
W eg [m m ]
Kra
ft [N
]

Schubversuche(Temperatur-/ Geschwindigkeitsvariation)
Schubdehnung [-]
Schu
bspa
nnun
g [M
pa]
Schubmodul bei 20 g/l [MPa]Temperatur
vtest[mm/s] -20C RT +80C0.05 1.24 0.55 0.240.5 1.62 0.62 0.285 1.76 0.78 0.31

Hydrostatische Druckversuche
Druckkammer
1: Probe2: Probenhalter3: Prfkammer4: Deckel

Hydrostatische Druckversuche
- Probengre 50 x 50 x 50 mm- Unbehandelte Proben- Entspanntes Wasser- Wasseraufnahme durchschn. ca. 4,6 cm (Kein
signifikanter Unterschied zwischen den Dichten)-> Eindringtiefe ca. 0,4 mm
- Probleme mit Lufteinschlssen-> bisher keine Messung mglich

Relaxationsprfungen
Zeit [hh:mm:ss]
Kra
ft [N
]
Proben
Schrittmotor
Relaxations Prfstand
Definierte DeformationMessung der Reaktionskraft als Zeitfunktion
EPP: 80 g/l, 30% Kompression, Temperatur: 21C

Einflussparameter
Druckversuch:Unterschiedliche Dichten bei 5 mm/s Deformationsgeschwindigkeit
Raumtemperatur
Dichte
Temperatur
Dehnrate
Zeit
Weg [mm]
Kra
ft [N
]

Methodische Materialmodellierung
Experimental investigation
Planning Application EvaluationPlanning Application Evaluation
Micro-mechanical simulation
Properties of material and structure known
Material modeling
Verification
Simulation of component tests
Evaluation andcomparison
Analysis of material behavior
Modeling andImplementation
Definition ofstarting parameter
Iterativeoptimization
Analysis of material behavior
Modeling andImplementation
Definition ofstarting parameter
Iterativeoptimization

Materialmodellierung - Schume
Simulation: Zug und DruckversuchDichte: 20 g/l
Deformationsgeschwindigkeit: 5 mm/s
Materialmodell Hyper foam in ABAQUS
Kalibrierung durch Zug oder Druck und Schubverhalten des Schaums
Parameteridentifikation durch Methode der kleinsten Quadrate

MaterialmodellierungVergleich zwischen Versuch und Simulation
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Displacement [mm]
Forc
e
Experiment
Simulation (Zugdaten)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 10 20 30 40 50Displacement [mm]
Forc
e
Experiment
Simulation (Druckdaten)
Simulation (Zugdaten)
Weg [mm]
Kra
ft [N
]
Weg [mm]K
raft
[N]
Simulation eines Zugversuchs Simulation eines Druckversuchs

Anforderungen an einMaterialmodell fr EPP-Schaum
Probleme mit ABAQUS Hyperfoam- MaterialmodellUnterschiede zwischen Zug- und Druckverhalten nicht darstellbarKomplizierte Modellierung temperaturabhngiger DatenKein Versagenskriterium im Zug- und Schubbereich
AnforderungenUnterscheidung zwischen Zug- und DruckbereichModellierung der Abhngigkeiten zwischen Temperatur, Zeit und Dehnrate

Zusammenfassung
Es wurden Methoden zur experimentellen Untersuchung und Modellierung von EPP-Schumen vorgestellt
Experimentelle Untersuchung von EPP-Schaum bei Zug, Druck und Schub in Abhngigkeit von Temperatur, Dehnrate und Dichte des Schaums
MaterialeigenschaftenSimulation des Schaums unter Verwendung vorhandener MaterialmodelleDefinition der Anforderungen an neue Materialmodelle
Optische DeformationsanalyseGlobale und lokale MessungSchnellzereiprfungHydrostatische DruckversucheHydrostatische DruckversucheZusammenfassung

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