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To increase the continuous power density of electrical machines, cooling channels that pass through the stator slot next to the conductors are a promising concept. This concept is applied to a hairpin-wound motor and engineered out for industrial-scale implementation using a resource-efficient design approach. The stator's design requires no additional components in comparison to a conventional motor, as the cooling channels are integrated directly into the potting material. This research paper centers on conducting a simulation analysis of this concept while also making a comparison with a conventional cooling approach. In this paper, design, thermal and electromagnetic aspects of the concept are considered.
A digital twin of an automotive component was created by fusing space-resolved data. The benefit of fused data from different virtual and experimental sources like CAD, FEM, DIC, IR and laser scanners is demonstrated with a recyclable car-seat back-shell and its mechanical impact testing. Component properties depend on its shape, its material conditions and its manufacturing process. Along the whole product life cycle nowadays a huge amount of data accrues. The aim is the use of this information to improve products and save resources. To understand the mechanics of materials in use and forecast components' behavior in simulations, the MaterialDataFusion (MDF) tool was created. MDF correlates information geometrically and in time to one file of fused data. Within the virtual geometry of a component, all available data are registered in a common coordinate system with local accuracy. MDF is able to correlate all data on a common grid. The grid can be created within the tool by using standard shells or solids Finite Element (FE) meshes. The local FE size can be adjusted dependent on the spatial resolution of the data. Across all scales, data on different levels brought together. To use the accumulated information for the parametrization or validation of material models, the correlation process also can be performed using predefined meshes from usual FE pre-processors imported in MDF. These meshes are used within the correlation as an information carrier. The correlated information grid is than exported as a data frame, which contains the local available static or time dependent information on each node. One can include porosity, fiber orientation, heat treatment history, microstructure information, deformation and heat development in mechanical tests and all other data measured or simulated on components. As an example, along the life cycle of a recyclable car-seat back-shell, consisting of basalt fibers laminates and molded polylactic acid (PLA), different data from multiple institutions where fused in MDF and used to validate a complex hybrid material model. Whereat, the demonstrated analyses on the correlated back-shell data file are just a small inside into the possibilities of digital twins, created by MDF.
Die dynamische Werkstoffcharakterisierung für die Crashsimulation wurde in den vergangenen 20 Jahren auf alle Bereiche im Fahrzeug ausgedehnt, einschließlich der Lithium-Ionen Akkus in den Batteriepacks. Nachdem in den vorhergehenden Jahren der Fokus auf den Stahlstrukturen lag, werden heute alle Materialgruppen, Materialverbünde und auch Verbindungen betrachtet. Damit hat sich auch das Spektrum der Werkstoffcharakterisierung deutlich erweitert. Ein Meilenstein dabei ist sicher die Nutzung von lokaler Dehnungsanalyse mit Hilfe der Grauwertkorrelation und leistungsfähiger digitaler Hochgeschwindigkeitsvideokameras. Die Grauwertkorrelation erlaubte erstmals eine variable flächige Analyse der transienten Dehnungen auf ebenen und später auch auf gekrümmten Oberflächen. Das konnten Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Extensometer nicht leisten. Außerdem werden flächige experimentelle Daten als Referenz zur Verifizierung der Simulationsergebnisse bereitgestellt. Ausgehend von dieser Thematik werden in diesem Beitrag einige Entwicklungen in der dynamischen Werkstoffcharakterisierung für Crash- und Impaktsimulationen dargestellt.
Efficient Characterization and Modelling of the Nonlinear Behaviour of LFT for Crash Simulations
(2021)
Modeling the nonlinear material behaviour of long fiber reinforced thermoplastics (LFT) presents a challenging task since local inhomogeneities and nonlinear effects must be taken into account also on the microscale. We present a computational method with which we can predict the nonlinear material response of a composite material using only standard DMA measurements on the pure polymer matrix material. The material models considered include plasticity, damage, viscoelasticity, and viscoplasticity as described in [1]. These models can be combined similar to the model from [2] and extended to the composite by assigning linear elastic properties to the fibers. The mechanical response of the composite is computed using an FFT-based technique [3]. The geometry of the composite, in particular the fiber orientation, can be characterized using injection molding simulations or micro CT scans. We create virtual models of the composite using the algorithm of [4]. We show that with this method, the material behaviour of the composite can be predicted while the experimental complexity needed for the material characterization is low.
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Kalibrierung einer Standard-LS-DYNA-Materialkarte für ein langfaserverstärktes thermoplastisches Material anhand von virtuellen Messungen vorgestellt. Diese Messungen werden durch ein Mikroskalenmodell gewonnen, das mit einfachen Messungen am Matrixmaterial kalibriert und durch wenige Messungen am Verbundwerkstoff validiert wird. Die resultierende Materialkarte kann das Materialverhalten des Verbundwerkstoffes sowohl für Zug- als auch für Scherbelastungen sowie für einen Durchstoßversuch mit guter Genauigkeit vorhersagen.
Unidirektionale (UD) und multidirektionale (MD) CFK-Gelege wurden am Fraunhofer IWM auf ihre Dehnratenabhängigkeit untersucht. Die Herstellung der Verbundplatten erfolgte mit dem „Resin Transfer Moulding“-Verfahren (RTM). In Hochgeschwindigkeitsversuchen mit Druck-, Druck-Scher-, Zug- und Zug-Scher-Proben wurden Eingangsdaten für Crashsimulationen bis zu Dehnraten von etwa 102 s-1 ermittelt. Die Versuche wurden mit Schnellzerreißmaschinen durchgeführt, die Prüfteilverformung mit Hochgeschwindigkeitskameras aufgezeichnet und die Dehnungen mit dem Grauwertkorrelations-Verfahren ARAMIS ausgewertet. Es wurden Probenformen verwendet, die speziell für die jeweilige Belastungsart unter dynamischen Prüfbedingungen entwickelt worden sind. Die Eignung dieser Proben wurde durch den Vergleich mit Ergebnissen von Normproben nachgewiesen. Die ermittelten Festigkeiten zeigen einen moderaten Anstieg mit zunehmender Prüfgeschwindigkeit. Die Verformungsmessungen ergaben eine periodische Lokalisierung der Dehnungen, die durch den Aufbau der einzelnen Lagen des Geleges aus Faserbündeln (Rovings) bedingt ist. Die höchsten Dehnungen treten in der Matrix zwischen einzelnen Rovings auf, so dass die Ergebnisse stark von der Wahl der Messposition und der Messlänge abhängen. Simultane Messungen auf beiden Probenoberflächen ergaben teilweise leicht unterschiedliche Ergebnisse, die durch eine Asymmetrie des Lagenaufbaus des UD-CFK-Geleges in Dickenrichtung bedingt sind. Für repräsentative Ergebnisse wurden die Messverfahren diesen Gegebenheiten entsprechend angepasst.
The mechanical properties of crash-optimized adhesive BETAMATE 1496V are characterized over a wide range of strain rates. The information gathered from the mechanical tests are used for developing a fully rate-dependent constitutive law for cohesive interface elements considering both, the strain rate dependency of the initiation stress and the strain rate dependency of the fracture toughness. The model is calibrated and verified against experimental data for tapered double cantilever beam (TDCB) and tapered end notched flexure (TENF) tests. Finally, the model is validated against quasi-static and dynamic experimental results on an adhesively bonded T-joint. The numerical predictions show good correlation with the experimental results.