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Simulation of thermoplastic 3D-printed parts for crash applications

Vinot, Mathieu und Bühler, Lars und Behling, Tobias und Holzapfel, Martin und Toso, Nathalie (2023) Simulation of thermoplastic 3D-printed parts for crash applications. 14th European LS-DYNA Conference, 2023-10-18 - 2023-10-19, Baden-Baden, Germany.

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Kurzfassung

The rapid development of additive manufacturing techniques in aeronautic and automotive industry opens new possibilities in the design of metallic or composite parts compared to traditional subtractive processes. In particular, 3D printing allows the design of complex parts with a high lightweight potential through optimal use of material along the load paths. In the composite field, various printing techniques emerged in the last decade such as Selective Laser Sintering (SLS) or Fused Deposition Modelling (FDM). On the downside, 3D printing is confronted to the large influence of process parameters on the geometrical and optical quality as well as on the mechanical properties of the manufactured structures. Moreover, simulation techniques with finite-element methods are still at their very beginning and improvements should be achieved to predict structural performances in crash applications. This paper focuses on the characterization and simulation of structures manufactured with the Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM) technique presented in Figure 1. The material investigated is a combination of PA6 resin reinforced with 30% carbon fibres in weight. The mechanical behaviour under various loadings (tension, compression, shear) is first investigated in different material directions relative to the building direction with help of coupon specimens extracted from printed structures. The obtained properties are then fed in an anisotropic material card *MAT157_ANISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC and the respective performances studied by reproducing numerically the experimental tests. This contribution illustrates potential numerical solutions to recreate the mechanical behaviour between the printed layers and gives an insight into their advantages and drawbacks. Finally, an application of the suggested approach to generic honeycomb structures is presented and the gaps in simulation technique are analysed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198336/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Simulation of thermoplastic 3D-printed parts for crash applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Vinot, MathieuMathieu.Vinot (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3394-5142NICHT SPEZIFIZIERT
Bühler, Larslars.buehler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0009-0375-3765NICHT SPEZIFIZIERT
Behling, TobiasTobias.Behling (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Holzapfel, MartinMartin.Holzapfel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Toso, NathalieNathalie.Toso (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2803-1450NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:additive manufacturing, thermoplastic material, numerical simulation, cohesive zone model
Veranstaltungstitel:14th European LS-DYNA Conference
Veranstaltungsort:Baden-Baden, Germany
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:18 Oktober 2023
Veranstaltungsende:19 Oktober 2023
Veranstalter :ANSYS / DYNAmore
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Strukturelle Integrität
Institut für Fahrzeugkonzepte > Fahrzeugarchitekturen und Leichtbaukonzepte
Hinterlegt von: Vinot, Mathieu
Hinterlegt am:29 Nov 2023 14:52
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:58

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