Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen hat sich das Harzinjektionsverfahren RTM etabliert. Das RTM-Verfahren ermöglicht die Herstellung komplex geformter Bauteile und aufgrund des geringen Schrumpfens der Epoxidharze auch mit hoher Bauteilgenauigkeit und Oberflächenqualität. Um hohen Belastungen standhalten zu können, ist die Qualität des Verbundwerkstoffes von größter Bedeutung. Die Qualität eines Bauteils bedeutet in diesem Zusammenhang die vollständige Sättigung und Bindung des Gewebes durch das Harz. Um diese zu gewährleisten, ist es wichtig den Harzfluss für ein neues Werkzeug zu prognostizieren. Dafür ist eine Harzinjektionssimulation unumgänglich. Für die Simulation des Infiltrationsvorganges im RTM-Verfahren ist die Permeabilität der wichtigste Parameter. Die Bestimmung der Permeabilität ist zum Einen durch die komplexe Geometrie der einzelnen Lagen und zum Anderen durch die unterschiedlichen Größenordnungen (eng. dual-scale) herausfordernd. Umso exakter die einzelnen Einflussparameter berücksichtigt und behandelt werden, desto genauer ist die Harzinjektionssimulation. Mit diesem Ziel wird eine Multiskalen-Modellierung für die Permeabilität vorgenommen. Auf der Mikro-Skala werden die einzelnen Filamente und die kapillaren Effekte zwischen diesen betrachtet. Auf der nächst höheren Skala, Meso-Skala genannt, sind die einzelnen Filamentfasern zu einem Faserbündel zusammengefasst. Beim Drapieren des Verstärkungsmaterials entstehen lokale Verformungen (Scherungen, Kompressionen und Neuorientierungen). Ein wichtiges Detail in der Vorhersage der Permeabilität ist die Form des Multifilamentgarns. Die Auswirkungen dieser Verformungen auf die Querschnittfläche des Faserstrangs werden mit einer Einheitszellenmodellierung untersucht. Ebenso wird der Einfluss der Mikroskala-Modellierung und die Berücksichtigung der Bindung auf die Permeabilität analysiert. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Daten gegenübergestellt. Um die Ergebnisse von einer kleineren Skala auf eine höhere Ebene zu transformieren, wird eine Volumenmittelung zum Integrieren der einzelnen Variablen genutzt. Ausgehend von der Navier-Stokes-Gleichung und der Massenerhaltung werden mittels der räumlichen Filterung Bilanzgleichungen innerhalb des porösen Mediums entwickelt. Neben der Massenerhaltung und der Impulserhaltung werden zwei skalare Transportgleichungen für den Volumenanteil und für die Zeit mittels des in dieser Arbeit entstandenen numerischen Werkzeuges gelöst. Die vergangene Zeit seit der Einspritzung wird für die Modellierung des Aushärtungsprozesses des Harz/Härter-Gemisches benötigt. Durch den erheblichen Größenunterschied der Abstände innerhalb und außerhalb des Rovings, können heterogene Fließfronten entstehen. Diese ungesättigten Bereiche werden entweder mit einer Kapillarkraft oder einer zeitabhängigen Permeabilität modelliert. Insgesamt wird die Harzinjektion in drei unterschiedliche Bauteile simuliert. Den Anfang macht der Vergleich eines Druckverlaufes für eine ebene Platte von einem Experiment mit den Ergebnissen der hier vorgestellten Simulationssoftware. Für ein L-förmiges Bauteil werden die Auswirkungen einer sich zeitlich verändernden Viskosität und die Modellierung des Bereiches der ungesättigten Permeabilität auf einen Lufteinschluss besprochen. Den Abschluss dieser Arbeit macht die Harzinjektion in die komplexe Sattelgeometrie. Eine transparente Oberform im Experiment ermöglicht eine zeitliche Verfolgung der Fließfront. Damit lassen sich das Experiment und die Simulation miteinander vergleichen. Die Simulation dieses Bauteiles ist durch die mehrfach konvex und konkav gekrümmten Oberflächen herausfordernd. Zusätzlich ist durch den Produktionsprozess der transparenten Oberform das Spaltmaß ungleichmäßig. Dies führt zu stark variierender Permeabilität und Porosität und erschwert die Simulation noch zusätzlich.    «

Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen hat sich das Harzinjektionsverfahren RTM etabliert. Das RTM-Verfahren ermöglicht die Herstellung komplex geformter Bauteile und aufgrund des geringen Schrumpfens der Epoxidharze auch mit hoher Bauteilgenauigkeit und Oberflächenqualität. Um hohen Belastungen standhalten zu können, ist die Qualität des Verbundwerkstoffes von größter Bedeutung. Die Qualität eines Bauteils bedeutet in diesem Zusammenhang die vollständige Sättigung und Bindung des Gewe...    »