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Reduktion der Schallabstrahlung durch gezielte Schubdämpfung in hybriden Metall-Kunststoff-Verbunden

 
: Kroll, Lothar; Wuehrl, Mario; Landgrebe, Dirk; Riemer, Matthias; Marburg, Steffen; Geweth, Christian

Hannover: EFB, 2016, 105 S.
EFB-Forschungsbericht, 446
ISBN: 978-3-86776-494-0
ISBN: 3-86776-494-8
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Ziel des Vorhabens der industriellen Gemeinschaftsforschung „Reduktion der Schallabstrahlung durch gezielte Schubdämpfung in hybriden Metall-Kunststoff-Verbunden" war es, einen MKV zu entwickeln und herzustellen, der die Eigenschaften von Leichtbau-Sandwichblechen (hohe Biegesteifigkeit) mit denen von geräuschdämmenden Sandwichblechen (hohe Schubdämpfung) kombiniert, dessen umformtechnische Fertigung zu realisieren sowie eine vibro-akustische Optimierung der Bauteilgeometrie vorzunehmen. Um die viskoelastischen Eigenschaften anzupassen, wurde der Kunststoffkern des Verbundes mit Elastomerrecyklat aus Altreifen modifiziert. Mittels eines variothermen Pressprozesses wurden die extrudierten Kerne zu einem Verbund verpresst. Dieser wurde statisch und dynamisch charakterisiert. Durch die Modifikation des Kernes konnten die Materialkosten für den Verbund bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum unmodifizierten Verbund, um bis zu 17 % reduziert werden. Die Umformeigenschaften des entwickelten Verbundes wurden in Grundlagenversuchen analysiert und auf skalierte anwendungsnahe Geometrien übertragen. Es wurde nachgewiesen, dass eine Umformung mit den etablierten Verfahren der Blechumformung bei Raumtemperatur möglich ist. Zur Auslegung der Umformprozesse wurden Simulationsmodelle erstellt und validiert. Dabei wurden verschiedene Modellierungsvarianten gegenübergestellt. Für den entwickelten Verbund wurde mit der Schale-Volumen-Schale Modellierung der beste Kompromiss zwischen Rechenzeit und Genauigkeit erzielt. Die Vorhersage der Umformkräfte, Blechausdünnung sowie Rückfederung ist in guter Übereinstimmung mit dem Experiment möglich und erlaubt eine effiziente Auslegung der Umformprozesse. Die Vorhersage von Grenzflächenversagen ist eingeschränkt möglich. Zur vibro-akustischen Optimierung der Bauteilgeometrie wurde ein effizienter Algorithmus zur Berechnung der abgestrahlten Schallleistung entwickelt und implementiert. Dieser basiert auf einer effizienten harmonischen Analyse durch ein hybrides Lösungsverfahren. Die Ergebnisse der akustischen Optimierung zeigen, dass höhere Deckblech- und Kerndicken zu einer Reduktion der abgestrahlten Schallleistung führen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass bei gleicher abgestrahlter Schallleistung das Leichtbaupotenzial durch eine Verringerung der Deckblechdicke und einer Erhöhung der Kerndicke, erhöht werden kann.

 

The aim of the project "Reduktion der Schallabstrahlung durch gezielte Schubdämpfung in hybriden Metall-Kunststoffverbunden", within the framework of industrial research and development (IGF), was the development and manufacturing of a new metal-plastic composite (MPC), which combines the properties of a lightweight sandwich sheet (high bending stiffness) and a noise reduction sandwich sheet (good damping properties). Furthermore, the forming behaviour and the vibro-acoustic optimisation of the part geometry were investigated. The polymeric core material was modified with grinded waste tyres, also known as ground tyre rubber (GTR), to improve the viscoelastic properties. Due to the core modification, the material costs for the MPC were reduced significantly. The extruded core material is joined with the metal face sheets to the MPC in a variotherm pressing process. The mechanical properties of the developed MPC were analysed by quasi static and dynamic material testing. In consequence of the core modification the material costs of the composite with same mechanical properties, could be reduced by up to 17 %.To determine the forming behaviour of the new material, basic forming experiments were used. The results were transferred to application-related geometries. It is proven, that the forming of the developed MPC is at room temperature with the common processes of sheet metal forming possible. FE-models for the forming simulation were developed and validated and are usable for an efficient process design. The prediction of the process forces and the thinning of the face sheets are in good agreement with the experiments. For vibro-acoustic optimisation of the part geometry an efficient algorithm was developed and implemented.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-432333.html

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