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Wir wollen FEM-Berechnungen für Bauteile aus Alu-Metallschaum, oder als Alternative mit Sandwichplatte mit Wabenkern (Honeycomb structure) durchführen.

Die Belastungen für dieses Bauteil sind v.A. extreme Temperaturänderung, bis -150 Grad, und extreme Beschleunigungen der ganzen Baugruppe bis 200g.

1. Welche Materialmodelle benutzt man für solche Strukturen in FEM und welche Software eignen sich dafür?

2. Worauf noch muss man sich bei der FEM-Berechnungen (statisch, dynamisch, Schwingung, Temperatur) achten?

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Grüße, Moe

[Diese Nachricht wurde von farahnaz am 10. Mrz. 2014 editiert.]

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Hallo,

Meines Erachtens gibt es drei Ansätze:

1. Abbilden der Honeycomb Struktur durch Volumenelemente.
        --> Materialverhalten messen und numerisch abbilden.
Leider sind Versuche mit derartigen Strukturen sehr Zeit- und auch Kostenaufwendig (Sollte auch für Schäume funktionieren).

2. Ausmodellieren der Honeycombstruktur.
        --> Die Wabenkerne mit den Decklagen werden diskret modelliert und als Schalenelemente abgebildet. Auf diese Weise lässt sich das Materialverhalten recht einfach bestimmen (Materialparameter aus Fließkurven für die Temperaturbereiche identifizieren)
In Abaqus kann dieser Ansatz mit einem speziellen Plug-In gut und recht zügig umgesetzt werden.
Die Stärke von Abaqus\explicit bei den aufwendigen nichtlinearen Berechnungen (Kontakt+Verformung) ist auch von Vorteil.
Durch virtuelles Testen können aus den Detailmodellen auch wieder recht günstig die Eigenschaften für Volumenelemente bestimmt werden.
Bei Interesse kann ich gerne ein Paper zusenden. In diesem Fall bitte eine PN schicken.

3. Die Fläche, welche als Honeycomb-Sandwich ausgeführt werden soll, wird mit Schalenelementen vernetzt. Die Lasten werden definiert und die Festignachweise können für bestimmte Panel analytisch erfolgen.
Hierzu bietet sich beispielsweise der Leichtbauoptimierer HyperSizer an.
HyperSizer wurde ursprünlich bei der NASA entwickelt und ist im Bereich Luft- und Raumfahrt recht weit verbreitet.
Die Optimierung erfolgt bezüglich jedes Inkrementes. Randbedingungen wie zulässige Verfomungen oder Beulstabilität werden bei der Optimierung automatisch berücksichtigt. Metallschäume können hier auch untersucht werden.
Optimierungsgrößen sind Faserorientierungen, eingesetzte Materialien und Schichtdicken/Anzahl Lagen.
Ziel sind minimales Gewicht und gute Fertigbarkeit.
Auch hier: Bei Interesse an weiteren Informationen bitte eine PN schicken.

Welche der Methoden geeignet ist hängt davon ab wie genau das Bauteil untersucht werden soll.
Ist eine plastische Verformung des Kernmaterials erlaubt?

Wenn es darum geht "ich habe Lasten xyz und hätte gerne eine möglichst leichte Struktur die sicher hält" würde ich die Auslegung mit HyperSizer durchführen und für kritische Bereiche (Anschlussteile o.ä.) Detailmodelle aufsetzen.

               

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