Konstruieren mit technischen Kunststoffen

Konstruieren mit technischen Kunststoffen

Technische Kunststoffe bieten die Gestaltungsfreiheit, die Hersteller benötigen, um Leichtbau- und Kostenanforderungen für komplexe Teile zu erfüllen. Qualitativ hochwertige Kunststoffe können schnell und in hohen Stückzahlen produziert werden, aber eine ganzheitliche Simulation ist notwendig, um die Materialien auf die individuellen Produktanforderungen abzustimmen. Altair bietet ein umfassendes Lösungsspektrum für technische Kunststoffe, um innovative Kunststoffbauteile schnell und zuverlässig zu produzieren.

Simulationsgetriebenes Design von Kunststoffbauteilen

Kunststoff nimmt Form an

Optimieren Sie das Bauteildesign und nutzen Sie Spritzgusssimulation, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten und die Grundlage für eine genaue Verhaltensvorhersage abzuleiten.

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Kunststoffbauteile optimieren

Kunststoffbauteile optimieren

Simulation wird oft genutzt, um das Verhalten eines ausgereiften Bauteils abzusichern. Wenn ein Teil jedoch die falsche Form hat, kann dies auch das beste Material nicht kompensieren. Moderne Werkstoffe entfalten ihr Potenzial erst in Kombination mit einer optimalen geometrischen Auslegung, die auf die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen zugeschnitten ist.

Bei der Topologieoptimierung werden ideale Bauteile entworfen, indem die effektivste Materialverteilung und die effektivsten Lastpfade ermittelt werden. In späteren Entwicklungsphasen kann eine Formoptimierung für die Dimensionierung verwendet werden, wobei lokale Materialeffekte berücksichtigt werden und das Bauteildesign weiter verbessert werden kann.

Mehr über Optimierung erfahren
Prozessabhängiges Materialverhalten beherrschen

Prozessabhängiges Materialverhalten beherrschen

Die moderne Entwicklung von thermoplastischen Bauteilen erfordert die Berücksichtigung des Herstellungsprozesses, der Bauteilgeometrie und des Materials in einem integrierten Simulationsansatz.

Mit Kurzglas- oder Carbonfasern verstärkte Kunststoffe haben anisotrope Eigenschaften, die von der Ausrichtung der Fasern während des Spritzgussvorgangs abhängen. Moderne Optimierungsmethoden unterstützen die Bauteilgestaltung und -entwicklung durch eine genaue numerische Materialbeschreibung, die die typischen Eigenschaften des Kunststoffs in der Simulation berücksichtigt.

Werkstoffe digital entwickeln
Leistungsfähigkeit und Herstellbarkeit im Einklang

Leistungsfähigkeit und Herstellbarkeit im Einklang

Simulation bietet einen besseren Einblick, wie sich verändernde Parameter des Herstellungsprozesses auf das Materialverhalten der Bauteile auswirken.

Modernes Spritzgießen ermöglicht eine Qualitätskontrolle des Produkts, um die Herstellbarkeit des Teils bereits während des Konstruktionsprozesses sicherzustellen. Ingenieure können das Bauteildesign analysieren und modifizieren und dabei Form, Passform und Funktion optimieren.

Mit Altairs Fertigungssimulationswerkzeugen können Anwender Werkzeug- und Verteiler- sowie Werkzeuglayouts für Ein- und Mehrkavitätenwerkzeuge analysieren. Sie können auch die Anguss-, Angusskanal- und Anschnittposition verbessern, um die Faserausrichtung zu beeinflussen und schwächende Bindenähte zu vermeiden.

Spritzgusssimulation

Wünschen Sie sich eine präzise Kunststoffsimulation? Wir können dabei helfen!

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Simulationsgetriebener Entwurfsprozess, der einen integrierten Simulationsansatz nutzt: Die Simulation des Spritzgießprozesses liefert die Faserverteilung, die in den Materialeigenschaften berücksichtigt wird, um die Vorhersagequalität der strukturellen Bewertung des Bauteils zu verbessern.

Präzise Verhaltensvorhersage

Wie lässt sich der Fertigungsprozess berücksichtigen?

Das endgültige Material entsteht während der Herstellung, so auch die endgültigen Eigenschaften und Abweichungen davon. Altairs integrierter simulationsgetriebener Designansatz beginnt mit dem Spritzgießen des Kunststoffbauteils, um die Vorhersage der mechanischen Leistungsfähigkeit zu verbessern. Auf der Basis einer modernen Spritzgusssimulation wird die anisotrope Faserorientierungsverteilung an jedem Punkt des Bauteils auf die entsprechenden Bereiche im mechanischen Bauteil übertragen. Dies wird durch eine neue Beschreibung des Materials ermöglicht, die die kunststofftypischen Eigenschaften in die mechanische Analyse mit einbezieht, wie z.B.:

  • Anisotropie
  • Nichtlinearität
  • Dehnratenabhängigkeit
  • Zug-Druck-Asymmetrie
  • Versagensverhalten
  • Temperaturabhängigkeit
Simulationsgetriebenes Design von kurzfaserverstärkten Kunststoffteilen unter Ausnutzung von Fertigungseinflüssen in einem integrierten Simulationsansatz.

Effiziente Materialmodellierung

Der Altair Multiscale Designer™ erhöht die Genauigkeit, indem er mikromechanische Effekte eines faserverstärkten Materials in einer makroskopischen FEM-Darstellung mit vertretbarem numerischen Aufwand erfasst. Basierend auf der richtungsabhängigen Faserverteilung, die durch den ​Spritzgießprozess entsteht, wird die mechanische Leistungsfähigkeit durch einen integrierten Simulationsansatz anisotrop beschrieben.

Durch die Kombination eines 3D-Modells einer einzelnen Faser im Kunststoff, der Plastizitäts- und Schädigungsgesetze der Faser und des Kunststoffs sowie der statistischen Verteilung der Fasern im Kunststoff kann das Verhalten des verstärkten Kunststoffs genau beschrieben werden. Die benötigte Faserorientierungsverteilung im gesamten Bauteil wird durch eine vorherige Analyse des Spritzgießprozesses ermittelt. Die Materialmodelle des Multiscale Designers können in impliziten und expliziten Analysen in Altair OptiStruct™ und Altair Radioss™ sowie in anderen FEM-Solvern von Drittanbietern wie ABAQUS, Ansys und LS-Dyna verwendet werden.

Simulation des Versagensverhaltens eines kurzfaserverstärkten thermoplastischen Werkstoffs.

Versagen vorhersagen

Kunststoffteile verhalten sich sehr unterschiedlich, wenn sie auf Druck oder Zug beansprucht werden. Ihre Eigenschaften sind nichtlinear elastisch und abhängig von der Belastungsgeschwindigkeit. Zyklische Belastungen können zu Erhitzung und Erweichung führen. Das Gleiche gilt für Belastungen entlang und senkrecht zur Faserrichtung: Kunststoff versagt anisotrop. Diese Effekte erfordern eine spezielle, auf den Kunststoff zugeschnittene Modellierung des Versagens.

Die Ermüdungsvorhersage für Kunststoffteile ist ebenfalls entscheidend für den Konstruktionsprozess und muss Faktoren wie lokale Bauteilfestigkeit, Mehrachsigkeit, Alterung, Zustand, Temperatur und Belastungsdauer berücksichtigen. S-Life Plastics von PART Engineering führt eine Kurzzeit-, Langzeit- und Ermüdungsfestigkeitsbewertung für Kunststoffbauteile durch.

Benötigen Sie eine einheitliche Basis von Materialdaten für Ihr Team?

Hier ist sie!
Altairs durchgängiger Designprozess für Kunststoffspritzgussbauteile ermöglicht geschlossene Designschleifen von der Strukturoptimierung, dem Bauteildesign, der Bewertung der Herstellbarkeit durch Spritzgusssimulation, der prozessabhängigen Materialbewertung und der strukturellen Validierung.

Durchgängiger Designprozess

Altair bietet einen offenen Prozess für die gesamte Entwicklung von Spritzgussteilen. Die Verwendung der Multiskalentechnologie für die Materialmodellierung gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Ergebnisse. Alle notwendigen Simulationsschritte können mit Altair Werkzeugen innerhalb von Altair One™ durch den Einsatz des patentierten Altair Lizenzsystems durchgeführt werden. Proprietäre Lösungen für den Spritzguss oder die Strukturbewertung können nahtlos integriert werden. So unterstützt der Altair Workflow Ihren bestehenden Prozess und bietet nahtlose Schnittstellen zu Moldflow, Moldex3D, Cadmould, Abaqus, LS-Dyna oder Ansys.

Altair One™ entdecken

CAMPUS® Werkstoffdatenbank

Altair GmbH ist der offizielle Softwarelieferant für CAMPUS (Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards), die erfolgreichste Werkstoffdatenbank weltweit unter Einhaltung strenger internationaler Normen.

CAMPUS ist die einzige Datenbank, die ausschließlich ehrlich vergleichbare Werkstoffdaten anbietet, die entsprechend bindender internationaler Vorschriften ermittelt werden. Das Programm bietet wertvolle Materialdaten mit Einzelpunktkennwerten für alle relevanten Bereiche und umfangreiche Multi Point Daten (Diagramme) zu technischen Daten, Chemikalienbeständigkeiten und Alterungsdaten. Weiterhin bietet CAMPUS mächtige Such- und Vergleichsfunktionen sowie den Datenblattdruck in zehn Sprachen.

CAMPUS ist ein eingetragenes Warenzeichen der Chemie Wirtschaftsförderungsgesellschaft mbH (CWFG), Frankfurt/Main.

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Ausgewählte Ressourcen

Simulating the Performance of Fiber-Reinforced Injection Molded Parts

In this demonstration we show the full process of manufacturing injection molded parts to component performance in virtual process. The outcome is injection molded parts with desired mechanical performance with minimal experimental testing.

Webinars

Iain Powell of Britax Discusses the Development of a Child Seat

Iain Powell, Advanced Engineering Manager at Britax, discusses how the company worked with Altair ProductDesign to reduce weight and improve crash performance of a child car seat.

Testimonial

Development of Super Lightweight Pedal Brackets for Mazda Motor Corporation

Presentation by Hideyuki Inaba, Asahi Kasei.

Asahi Kasei fuses topology optimization technology and resin design technology, and developed superlight weight pedal bracket for Mazda Motor Corporation. Although the metal brake bracket for the current MX-5 is lightweight, we could propose a lightweight design that is reduced by over 80% by optimizing it for plastic. In addition, we proposed a very small and super lightweight plastic design for brake pedal bracket, clutch pedal bracket and clutch pedal for newly developed models. This time we will introduce the breakthrough design of these parts and present a development history

Conference Presentations

Concept Design for Plastic Parts - Better and Earlier Decisions with CAE Driven Design

Traditionally, products are created with a draft, which is then specified by taking into account external factors. The next step is to validate, test them as prototypes and adapt the design. If simulation is used as a virtual test, this cycle can be accelerated. The foundation for a successful design is set in the concept phase. This raises the question of how simulation can be used as a motor for creative solutions and how it can be used as a groundbreaking basis for decision-making in the early phase of product development. With the simulation-driven design approach, you can achieve early design maturity, efficient material utilization and shorter development times in the development of complex plastic components. Using the example of a front-end module, Code Product Solutions and Altair will demonstrate efficient product development in the recording "Concept Design for Plastic Parts".

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