Laminatberechnung mit FEMAP
Sie erleben selbst, dass GFK und CFK Bauteile immer öfter verbaut werden, wissen aber nicht wie viele Lagen notwendig sind? Ein typisches Anwendungsbeispiel für FEMAP und den NX NASTRAN Solver. Wie diese Laminatberechnung mit FEMAP funktioniert dürfen wir Ihnen hier erklären:
Ein faserverstärkter Teil ist in der Regel zweidimensional. Deshalb werden auch häufig 2D Elemente für die Vernetzung verwendet. Eine Eigenheit von Laminaten ist, dass das Materialverhalten nicht isotrop, sondern orthotrop ist, also richtungsabhängig. Das muss sowohl bei der Materialdefinition berücksichtigt werden als auch beim Vernetzen mit der entsprechenden Materialrichtung. Zu Beginn steht also das Material. Die Definition von E- Modul und Spannungen ist hier erforderlich.
2D orthotropic material FEMAP
Sie haben keine Materialdaten? Fragen Sie uns, wir sind Ihnen dabei behilflich!
Danach wird die Property und das Layup definiert, also die Bauteileigenschaft und die Schichtstärke. Um alle Aspekte zu verstehen muss zu Beginn das Ziel der Belegung erklärt werden: Wir wollen einen Teil erzeugen, der aus 4 Schichten besteht, 3 Schichten über alles und 1 Schicht als lokale Verstärkung.
Layup FEMAP
Wir benötigen also 2 Unterschiedliche Properties um den Schichtaufbau zu realisieren und 4 sogenannte Global Plies. Um die einzelnen Schichten zueinander zu referenzieren benötigt man die Global Plies, die in FEMAP initial definiert werden. Im Layup, das den Schichtaufbau umsetzt, werden dann die einzelnen Lagen und die zugehörige globale Position (Global Ply) definiert.
In unserem Fall gibt es also 2 Layups, welches wir über 2 Properties den Elementen zuweisen.
Zusätzlich muss in der Property das Versagenskriterium der Laminattheorie zugewiesen werden. Wir verwenden hier das TSAI WU Kriterium. Bond Shear Allowable steht für die erlaubte Spannung der Schichtverbindung.
FEMAP Property
Ist das Bauteil vernetzt und die Properties unterschiedlich eingefärbt, ist der Dickenunterschied in der Mitte deutlich erkennbar.
Layup
Werden nun entsprechende Lasten und Randbedingungen definiert und das Modell damit berechnet ergibt sich folgendes Ergebnis:
TSAI WU results
Klar ersichtlich, dass der Fehlerindex kleiner als 1 ist, ein Versagen ist daher nicht anzunehmen und das Bauteil ausreichend dimensioniert. Selbst eine Verdopplung der Last führt zu folgendem Ergebnis, immer noch ausreichend dimensioniert:
TSAI WU results
Sie sehen, selbst die Dimensionierung und Berechnung Ihrer GFK / CFK Bauteile ist mit FEMAP einfach und intuitiv.
Sie wollen das hier beschriebene Berechnungsmodell kostenfrei selbst nachvollziehen, oder sollen wir Sie mit technischem Consulting unterstützen? Schreiben Sie uns, wir antworten umgehend.
Vorteile:
- Reduzieren Sie das Material und erreichen Sie dennoch die erforderliche Festigkeit/ Steifigkeit
- Wählen Sie Nastran-Standard-Materialien aus der Datenbank aus oder
- Erstellen Sie Lagenmaterialien aus den Eigenschaften der Faser- und Matrixmaterialien, um Lagen aus gewebten, unidirektionalen, zufällig orientierten Kurzfasern und Partikel zu simulieren und Kerne darzustellen
- Weisen Sie Laminate und Lagen Ihrer Auswahl an Geometrien, Netzen und/ oder Elementen zu
- Verbessern Sie die Genauigkeit der Finite-Elemente-Modellierung, indem Sie verzerrte Faserorientierungen berücksichtigen
- Identifizieren Sie kritische Lagen und Lastfälle durch die Post-Processing-Tools mittels ausgewählter Fehlertheorie
Laminate Fabric
Sie können mit Femap globale Lagen (global plies) erstellen, Polygonflächen und/ oder 2D-Elemente zuweisen und Lagenorientierungen definieren, indem Sie die Materialorientierung projezieren. Sie können verschiedene Überlagerungsversätze auf verschiedenen Flächen zuweisen und die Faserorientierung seperat festlegen.
Um Ihr Laminat visuell zu validieren, können Sie die Dicke des Offsets (sowohl Knoten- als auch Referenzebenenposition) Ihrer physikalischen Laminateigenschaften und Ihrer Layups anzeigen. Konturdiagramme mit Laminatdicke sind ebenfalls möglich, damit Sie Ihr Modell besser verstehen können. Des weiteren können Sie auch die Elementzonen und die zugewiesenen Laminateigenschaften einsehen sowie Elementgruppen aus diesen Zonen erstellen, um Ihr Modell einfacher zu verwalten.
Mit Post-Processing können Sie die resultierenden Schalenspannungen, Schichtspannung, Schichtdehnungen, Schichtversagensindizes (Schicht und Bindung) anzeigen lassen. Die Laminatberechnung bietet die Tools zum Umhüllen, Filtern und Sortieren, mit denen Sie das kritische Element schnell identifizieren und Lösungen überlagern können. Femap liest die Spannungsergebnisse und/ oder Schichtspannungen der Solver-Shell und berechnet Schichtspannungen, Spannungen, Schichtversagensindizien und Sicherheitsgrenzen. Anschließend wird die ID der kritischen Lage für jedes Element grafisch angezeigt.
