Bauteilsimulation in der Kunststofftechnik
Veranstaltungsnummer: 03SE107
- Auswahl realistischer Materialmodelle für Kunststoffe
- Berücksichtigung der Faserorientierung aus dem Spritzguss
- Frühzeitige Vorhersage von Schwindung und Verzug
In diesem Seminar lernst du, moderne Methoden der Kunststoff- und Bauteilsimulation sicher anzuwenden. Du verstehst darüber hinaus die Besonderheiten polymerer Werkstoffe, kannst Material- und Prozessdaten korrekt bewerten und erfährst, wie digitale Werkzeuge die Entwicklungsprozesse massiv beschleunigen.
Du erfährst, wie sich das reale Verhalten von Kunststoffbauteilen in der Simulation zuverlässig abbilden lässt. Du erhältst ein fundiertes Verständnis dafür, wie Werkstoffeigenschaften, Spritzgussprozess und strukturelle Belastungen zusammenwirken und wie diese Effekte in modernen Simulationsmethoden berücksichtigt werden. Das Seminar zeigt dir praxisnah, wie geeignete Materialmodelle ausgewählt, Werkstoffdaten sinnvoll genutzt und Prozess- sowie Struktursimulation miteinander gekoppelt werden. Dadurch können typische Probleme wie Verzug, anisotrope Bauteileigenschaften oder zeitabhängige Materialeffekte bereits in der Entwicklungsphase erkannt und bewertet werden.
Du gewinnst damit die Fähigkeit, Simulationsergebnisse sicher zu interpretieren, Bauteile realitätsnäher auszulegen und Entwicklungsprozesse effizienter zu gestalten. Ziel ist es, die virtuelle Bauteilauslegung so einzusetzen, dass Entwicklungszeiten verkürzt, Prototypenschleifen reduziert und die Bauteilzuverlässigkeit erhöht werden. Nach dem Seminar bist du in der Lage, realistische FEM-Analysen durchzuführen, Prozess–Struktur–Zusammenhänge zu bewerten und Simulationsergebnisse kritisch zu hinterfragen. Zudem erhältst Hilfsmittel wie Checklisten und Praxisbeispiele, die dich auch nach dem Seminar im Alltag unterstützen.
Top-Themen
- Auswahl realistischer Materialmodelle für Kunststoffe
- Berücksichtigung der Faserorientierung aus dem Spritzguss
- Frühzeitige Vorhersage von Schwindung und Verzug
- Einsatz nichtlinearer FEM zur Simulation realistischer Belastungsszenarien
- Crash, Impact und Fall: Dynamische Belastungen zuverlässig simulieren
- Gekoppelte Simulation und KI-Methoden zur Verkürzung der Entwicklungszeit
Mit modernen Methoden die Entwicklungszeit verkürzen
Das lernst du im Seminar "Bauteilsimulation in der Kunststofftechnik":
1. Tag 10:00 bis 17:30 Uhr
2. Tag 09:00 bis 15:30 Uhr
Werkstoffliche Besonderheiten von Kunststoffen
- Einflussfaktoren auf das mechanische Verhalten
- Temperatur
- Lastdauer
- Feuchte
- Anisotropes Materialverhalten infolge Faserorientierung und Verarbeitung
- Einfluss auf Steifigkeit, Festigkeit und Verzug
- Viskoelastisches Verhalten
- Zeit- und temperaturabhängige Deformation
- Bedeutung für Langzeitbelastungen und dynamische Beanspruchungen
Auswahl geeigneter Materialmodelle für unterschiedliche Anwendungen
- Elastisch‑plastische Materialmodelle
- Beschreibung des plastischen Fließverhaltens
- Einsatz bei Struktur- und Festigkeitsanalysen
- Viskoelastische Materialmodelle
- Abbildung zeitabhängiger Effekte
- Anwendung bei Kriech- und Relaxationsuntersuchungen
- Hyperelastische Materialmodelle
- Modellierung großer elastischer Deformationen
- Einsatz für Elastomere und hochflexible Polymerbauteile
Nutzung und Bewertung von Werkstoffdatenbanken für simulationsrelevante Kennwerte
- Interpretation experimenteller Materialdaten
- Übertragbarkeit auf reale Bauteile
- Grenzen und Unsicherheiten der Daten
- Beispiele für industrielle Materialdatenbanken
- CAMPUS
- Digimat
Prozesssimulation: Spritzguss, Faserorientierung, Schwindung, Verzug
- Simulation des Formfüllprozesses
- Einfluss und Analyse des Nachdruckverhaltens
- Analyse von Bindenähten und Lufteinschlüssen
- Optimierung von Anspritzposition und Prozessparametern
- Prognose von Schwindung und Verzug
- Simulation der Abkühlung und Kristallisation
- Einfluss von Werkzeugtemperatur und Prozessparametern
- Berücksichtigung der Faserorientierung
Strukturanalyse: Nichtlineare FEM, Crash und Impact
- Simulation nichtlinearer Materialeffekte: Kriechen, Relaxation, Plastisches Fließen
- Abbildung von dynamischen Belastungen zur Bauteilauslegung: Impact, Falltest, Crash
Multiskalen-Ansätze und gekoppelte Simulation
- Kopplung von Prozess‑ und Struktursimulation
- Übertragung von Faserorientierung, Eigenspannungen und Materialanisotropie in die Strukturrechnung
- Verbesserung der Prognosegenauigkeit von Bauteileigenschaften
Mikromechanische Modelle für faserverstärkte Kunststoffe
- Simulation von Kurzfaser- und Langfaserverstärkungen
- Berechnung effektiver Materialeigenschaften aus Faser-Matrix-Strukturen
Künstliche Intelligenz in der Simulation
- Neue Methoden zur Beschleunigung und Optimierung von Simulationsprozessen.
- Metamodelle und Surrogate zur drastischen Beschleunigung von FEM‑Berechnungen
- Aufbau datengetriebener Ersatzmodelle für komplexe FEM-Simulationen
- Reduzierung der Rechenzeit bei Designstudien
KI-gestützte Prozessoptimierung
- Automatisierte Optimierung von Prozessfenstern
- Vorhersage von Bauteilversagen und Qualitätsabweichungen
- Einsatz von Machine Learning für Predictive Maintenance und digitale Zwillinge
Zielgruppe
- Produktentwickler*innen und Produktmanager*innen in der Kunststofftechnik
- Mitarbeitende in der Konstruktion und Simulation von technischen Kunststoffbauteilen
- Mitarbeitende in Forschungs- und Entwicklungsteams der Kunststofftechnik
- Verantwortliche für die Entwicklung von innovativen Materialien und Herstellungsprozessen
- Verantwortliche für die Materialauswahl und -optimierung
Seminarleitung
Prof. Dr.-Ing. Fabian Ferrano, Kunststofftechnik und Leichtbau, Hochschule Aalen
Herr Prof. Ferrano studierte allgemeinen Maschinenbau und Produktentwicklung/Simulation an der Hochschule Aalen. Nach seiner Promotion auf dem Gebiet der Auslegung und Berechnung von kurzglasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen wechselte er in die Automobilindustrie zur Bosch Automotive Steering GmbH, bei der er zuletzt als Fachexperte für die Festigkeit und Lebensdauer von Kunststoffbauteilen in PKW-Lenksystemen zuständig war. Im Jahr 2020 wurde Prof. Ferrano auf die Professur für Additive Fertigung und Konstruktion im Bereich Kunststofftechnik und Leichtbau an der Hochschule Aalen berufen. Hier beschäftigt er sich mit der virtuellen Produktentwicklung von Kunststoffbauteilen, insbesondere mit der Fragestellung, welchen Einfluss das Herstellverfahren auf das mechanische Verhalten der Bauteile hat.