RASK – Rationell Analys av Skruvförband Kompositer


Projektets idé
Målet med projekt är att utveckla en rationell och automatiserad metodik med tillhörande verktyg för dimensionering av mekaniska multimaterialförband i lastbärande strukturer, i syfte att adressera två stora hinder för sådana analyser idag: precisionen och de långa modelleringstiderna. För att öka precisionen av skruvförbandsanalyser där minst en part är en fiberkomposit så genomförs en gapanalys av nyligen presenterade brottvillkor som baseras på fysikaliska observationer, exempelvis LaRC eller Puck. Det område som redan nu har pekats ut är brottvillkor för kompositer armerade med vävar och sydda mattor, med fokus på tryckbelastningar motsvarande lastfallet på hålranden i ett förband. För att adressera en förkortad analystid planeras en modellgenereringsmodul att implementeras i en kommersiell FE-programvara. Detta innebär att avancerade FE-modeller av skruvförband kan genereras och som innehåller bl a avancerade (och i projektet vidareutvecklade/anpassade) brottvillkor, hänsyn till kontakt, snedställning och förspänning av skruv och försänkning etc. Eftersom de automatgenererade modellerna kan användas direkt i globalmodeller så kan även analys av lastfördelning mellan skruvarna utföras.   
     
                                                    Bild_RASK

                                                Spänningsfördelningen runt hålskanten i ett laminat fäst
                                                med ett skruvförband

Projektets bidrag till programmålen
Projektet adresserar primärt effektmålet om 50 % reducerad beräkningstid genom den automatisering av modelleringsprocessen som föreslås. Detta är en av Saabs drivkrafter för projektet. Vidare adresseras även målet om att 50 % av lättviktsinnovationerna ska ske genom branschöverskridande sammarbeten då projektet har partners från tunga fordons-, flyg- och tjänsteföretagsindustrin samt med akademin. Ett annat effektmål som nämns och som har god chans till uppfyllnad med detta projekt är målet om att 75 % av de lättviktstekniker som utvecklas ska kommersialiseras eftersom projektet har en mjukvaruleverantör med. Till sist adresseras målet om reducerad vikt, vilket kan exemplifieras av Scanias vilja att på sikt introducera lättviktslösningar med fiberkompositmaterial.

Genomförande
Projektet är indelat i ett antal arbetspaket:

AP 1 handlar om brottkriterier. I detta arbetspaket ingår bl a en litteraturstudie där relevansen hos existerande brottkriterier för kompositer, samt ett arbete som syftar till att vidareutveckla/verifiera dessa i synnerhet för kompositer armerade NCF-mattor. Till hjälp för att förstå mekanismerna utvecklas detaljerade FE-modeller av förbandet där området runt skruven är modellerat på mesoskala.

I AP 2 ska en mjukvara (en modul till Altairs existerande mjukvara HyperMesh) utvecklas som utifrån den ursprungliga globala geometrin automatgenererar en detaljerad lokal FE-modell av skruvförbandet. Tanken är att användaren ska kunna välja ett område i sin modell där han/hon vill ha en skruv och, genom ett enkelt knapptryck, kan välj vilken typ modell som önskas. Två modeller är påtänkta: en detaljerad och en anpassad för snabba analyser.

I AP 3 ska de vidareutvecklade brottvillkoren från AP1 samt pre- och post-processningsmodulen utvecklad i AP2 verifieras med minst en demonstrator.

Projektpartners
Projektledare Fredrik Stig, Swerea SICOMP

Deltagande företag
Altair
KTH
LiTH
Saab
Scania

Tid
Augusti 2015
Augusti 2017