FEM Berechnungen: Simulation Kriechen
Kriechverhalten geeignet berücksichtigen
Im Laufe seines Einsatzes unterliegt ein Bauteil meist verschiedenen Temperatur- und Lasteinwirkungen. Diese Kriterien, insbesondere auch Langzeitbelastungen, beeinflussen die Auslegung eines Formteils zum Teil in erheblichem Maße. Das Kriechverhalten des eingesetzten Werkstoffs, also die zeit- und temperaturabhängige, plastische Verformung unter Last, muss bei der Berechnung berücksichtigt werden.
Der Kriechmodul
Zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Werkstoffen wird in der Konstruktion der E-Modul genutzt. Da Kunststoffe ein viskoelastisches Materialverhalten zeigen, verändert sich der E-Modul in Abhängigkeit von der Belastungszeit und der Temperatur. Aus dem isochronen Spannungs-Dehnungs-Diagramm kann man ähnlich wie aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm des Zugversuchs einen Modul errechnen, der mit zunehmender Belastungszeit, Temperatur und Spannung geringer wird und somit das Kriechen des Werkstoffs beschreibt. Man nennt diesen Modul Kriechmodul Ec.
Abgeminderter E-Modul oder Materialgesetze
Vielfach wird bei der Berechnung von Langzeitbelastungen lediglich der Weg über einen abgeminderten E-Modul entsprechend der Belastungszeit und Temperatur gewählt. Diese vereinfachte Vorgehensweise kann jedoch nur eine grobe Abschätzung der Bauteilformbeständigkeit liefern. In der Realität liegt im Bauteil eine Spannungsverteilung vor. Diese führt zu einer lokal unterschiedlichen Alterung und so zu einer Kriechmodulverteilung. In der Berechnung berücksichtigen die Berechnungsingenieure des Kunststoffsimulationszentrums dieses durch die Verwendung geeigneter Materialmodelle, wie beispielsweise des Bailey-Norton-Gesetzes.
Kunststoffsimulationszentrum
- sucht die passenden Materialgesetze aus, kalibriert diese und berechnet das langzeitige Verformungsverhalten
- Messung der Werkstoffkennwerte, falls diese nicht vorhanden sind
Beispiele
- Lüfterräder unter langzeitiger Fliehkraftbelastung
- Flaschenkästen und andere Transportbehälter unter langzeitiger Stapellast
- Langzeitig belastete Kunststofffedern
- Langzeitig belastete Hybridbauteile
Als Spezialist für die Simulation des Spritzgießprozesses und von Bauteilbelastungen hat die Impetus Plastics Engineering ihre Kompetenz bereits in hunderten von Projekten unter Beweis gestellt. So zählen die Berechnung von Bauteilvarianten, FEM-Simulationen von Belastungszuständen, Entformungssituationen und Versagensmechanismen, Strukturanalysen von glasfaserverstärkten Spritzgussteilen sowie Anisotropieuntersuchungen zum Leistungsportfolio.
Flaschenkasten und andere Transportbehälter unter langzeitiger Stapellast
Kriechdaten und kalibriertes Werkstoffmodell eines Thermoplasten
