Welchen Nutzen bietet die Spritzgießsimulation?
Machbarkeitsanalysen:
Untersuchung der Füllbarkeit
Materialauswahl
Prozessoptimierung:
Vorlauftemperatur
Einspritzgeschwindigkeit
Werkzeugstahl
Maschinenoptimierung:
Benötigte Schließkraft
Volumenströme
Schussvolumen, Schussgewicht
Prognose der Bauteilqualität:
Molekül- und Faserorientierung
Lage und Ausprägung von Bindenähten
Entstehung von Einfallstellen
Eigenspannungen und Deformationen
Bauteilauslegung:
Schwindungsvorhaltung und Bombierung
Versteifung gegenüber Verzug
Kostenrechnung
Welche Erhaltungsgleichungen werden für die Simulation des Spritzgießprozesses benötigt?
Welche Modelle werden zur Beschreibung des Fließverhaltens der Kunststoffmasse verwendet und was sind ihre Charakteristiken?
Modelle zur Beschreibung des Fließverhaltens:
Ostwald-de Waele Modell -> Berücksichtigt NICHT das Newtonsche Plateau
Carreau Modell -> Beschreibt den gesamten Viskositätsverlauf
Carreau WLF -> Berücksichtigt Temperatur- und Druckabhängigkeit
Cross WLF -> Berücksichtigt Temperatur- und Druckabhängigkeit
Welche Materialdaten müssen für eine rheologische Spritzgießsimulation vorhanden sein?
Viskosität
Dichte
Wärmeleitfähigkeit
Spez. Wärmekapazität
Weshalb entsteht Schwindung und wie kann die Schwindung berechnet werden?
Volumenänderung im Verlauf der Materialerstarrung -> Spezifisches Volumen nimmt bei der Abkühlung aus der Schmelze ab
Welche Fehler können bereits durch das Durchführen einer Füllsimulation entdeckt werden?
Bindenähte
Eingeschlossene Luft
Einfallstellen
Außerdem:
Optimierung des Angussdruckes
Optimierung der Faserorientierung
Wie wird Verzug in der Simulation berechnet?
Density Modell → Einfache Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur
Tait/Schmidt → Beschreibung des Volumens in Abhängigkeit von Druck und Temperatur mit 13 Parametern
Renner-Modell → Stetigkeit der Phasenübergangstemperatur
Modified Tait-Modell → Kontinuierlicher Übergang und Berücksichtigung der Kühlrate
Warum schwinden amorphe Kunststoffe weniger als teilkristalline Kunststoffe?
Bei teilkristallinen Thermoplasten:
Niedrigerer Verlauf des spezifischen Volumens gegenüber amorphen Thermoplasten
Höhere Schwindung
Höhere Schwindungsbandbreite über der Temperatur
Durch welchen Mechanismus entsteht Verzug und wie kann Verzug verhindert/reduziert werden?
Verzug = unterschiedliche Schwindung über Bauteil
Entlastung des äußeren Formzwangs führt zu Gleichgewicht der Eigenspannungen
Verzug ist Resultat der Druck- und Zugspannungsverteilung im Bauteil
Eigenspannungen sind thermisch- und flussinduziert
Wie sieht die Bilanz der Wärmeströme eines Spritzgießwerkzeugs aus?
Welche Schritte müssen bei der Modellbildung in der Spritzgießsimulation vorgenommen werden?
Über eine Anpassung welcher Materialgrößen kann die berechnete prozessbedingte Bauteildeformation angepasst werden?
Was bezeichnet die Steifigkeitsmatrix?
Steifigkeitsmatrix = Zusammenhang zwischen Kraft und Verschiebung für jedes Element
Als Assemblen (Zusammensetzen) der globalen Steifigkeitsmatrix wird das systematische Zusammenfassen aller Elementsteifigkeitsmatrizen zu einer globalen Steifigkeitsmatrix bezeichnet. Durch das Assemblen fasst man die Gleichungssysteme aller Knoten in einem Gleichungssystem zusammen:
Welche drei Faktoren können zu nichtlinearen Problemstellungen in der FEM führen?
Zwischen welchen Elementtypen wird in der FEM in Allgemeinen unterschieden?
Einteilung nach Geometrie:
Kontinuumselemente:
Repräsentieren ein kleines Volumen eines beliebigen Körpers
Im Allgemeinen dreidimensional
Besitzen als Freiheitsgrade ausschließlich Translationen
Verschiebungen im Element sind ausschließlich von den Änderungen der Knotenfreiheitsgraden abhängig
Strukturelemente:
Definiert über kinematische Annahmen bezüglich des Elementverhaltens
Deutliche Reduzierung des Berechnungsaufwandes
Rotatorische Freiheitsgrade zumindest teilweise aktiv
Was ist eine Formfunktion?
Formfunktionen beschreiben den Verlauf der Verschiebungen innerhalb eines Element in Abhängigkeit der Verschiebungen an den Elementknotenpunkten
→ Knotenpunktverschiebungen werden gewichtet additiv überlagert
→ Gewichte durch Formfunktionen gegeben
Welche drei Schritte werden in der FE-Berechnung durchlaufen?
Zwischen welchen Randbedingungen wird in der FEM unterschieden?
Welche zwei Lösungsverfahren existieren für die Berechnung?
Implizites Lösungsverfahren:
Lösung der Bewegungsgleichung erfolgt implizit in der Zeit
DGL wird für jeden Zeitpunkt tn+1 aufgestellt und gelöst
Erfordert ggf. Invertierungsoperationen
Es ist nicht gesichert, ob eine Lösung der impliziten Gleichung überhaupt existiert und ob diese eindeutig ist.
Explizites Lösungsverfahren:
Lösung der Bewegungsgleichung erfolgt explizit in der Zeit
Lösung zum aktuellen, bekannten Zeitpunkt tn
Zeitpunkt tn+1 wird durch geeignete Funktionen extrapoliert.
Explizite Lösungsverfahren sind nur dann stabil, wenn die Zeitschrittweite kleiner als der kritische Zeitschritt ist:
Was sind die Unterschiede zwischen isotropen, transversal-isotropen und orthotropen Materialverhalten?
Orthotropie: Drei zueinander orthogonale Symmetrieebenen im Material
Transversal: Eigenschaften ändern sich nicht, wenn das Elastizitätsgesetz um eine Achse gedreht wird -> Symmetrieachse im Material
Isotropie: Eigenschaften ändern sich nicht, wenn das Elastizitätsgesetz gedreht wird -> Materialeigenschaften nicht richtungsabhängig
Was sind die charakteristischen Belastungszeiten für die Auslegung von Kunststoffbauteilen?
Stoß: Millisekunden
Kurzzeit: Sekunden bis Minuten
Langzeit: Stunden bis Jahre
Welches Materialmodell ist für die Simulation bleibender plastischer Verformungen geeignet?
Kalibrierung des elastisch-plastischen Materialmodells:
Umrechnung der technischen Dehnung in wahre Dehnung
Bestimmung des E-Moduls
Bestimmung der plastischen Dehnungsanteile
Eintragen des plastischen Dehnungsanteils in Materialkarte
Was sind die geläufigsten Feder-Dämpfer-Modelle und worin besteht ihr Nutzen?
Mithilfe von Feder-Dämpfer-Modellen können auch Entlastungen beschrieben werden
Warum müssen Werkstoffuntersuchungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt werden?
Abdeckung unterschiedlicher Zeitbereiche:
Stoß: Schnellzerreißzugversuch
Kurzzeit: Kurzzeitzugversuch
Langzeit: Kriech- und Relaxationszugversuche
Welche Bezugsfläche wird zur Charakterisierung der wahren Spannung benötigt?
Wahre Querschnittsfläche des Probekörpers:
Aus welchen Dehnungsanteilen setzt sich die Gesamtdehnung zusammen?
Elastischer Anteil
Plastischer Anteil
Viskoser Anteil
Mit welchen Dehnungsmessverfahren lässt sich direkt die wahre Dehnung im Probekörper ermitteln?
Worin unterscheiden sich hyperelastische Materialmodelle von linear-elastischen?
Linear-elastisch:
Konstanter E-Modul
Keine bleibende Verformung
Hyperelastisch:
Basierend auf der Formänderungsenergiedichte
Geeignet für große Verformungen
Inkompressibles Materialverhalten
Welcher der genannten Kennwert (Querkontraktionszahl, E-Modul oder Bruchspannung) kann sowohl aus dem technischen als auch dem wahren Spannungs-Dehnungs-Verhalten ermittelt werden?
Querkontraktionszahl, E-Modul
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