Projektbeschreibung

Inhaltsbeschreibung / Ergebnisse

Im Entwicklungsprozess von Kunststoffhohlkörpern und insbesondere von Gefahrgutbehältern sind verschiedene experimentelle Prüfungen notwendig um die Zulassung zu erhalten. Eine wesentliche und in vielen Fällen kritische Prüfung ist die Fallprüfung nach DIN 55441-2 bzw. für Gefahrgutbehälter EN ISO 16104. Bei diesem Versuch werden flüssigkeitsgefüllte Behälter aus definierten Höhen fallengelassen. Bewertungskriterium ist die Höhe, bei der die Behälter versagen.

Wie auch bei anderen Artikelprüfungen, wie dem Innedruckversuch oder Stauch- und Stapeltest, wird auch bei der Fallprüfung angestrebt, das Verhalten des Behälters mit CAE-Werkzeugen wie der FEM im Vorfeld zu simulieren.

Eine besondere Herausforderung in diesem Prozess ist die Modellierung der Behälterfüllung. Das Verhalten der Flüssigkeit selbst, d. h. die Ausbreitung der Druckwellen und ggf. das Schwappen an der Oberfläche, muss nachgebildet werden. Hinzu kommt der Kontakt der Flüssigkeit zur Innenseite des Behälters. Die wechselseitige Beeinflussung wird als Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) bezeichnet. Die Qualität der Ergebnisse ist sehr von der verwendeten Elementtopologie abhängig. Idealerweise werden nur Hexaederelemente verwendet.

Die Luft oberhalb der Flüssigkeit kann über das „Ideale Gasgesetz“ nachgebildet werden, wobei die Beschreibung aufgrund der kurzen Zeiträume adiabat, d. h. ohne Temperaturausgleich erfolgen kann.

Im Rahmen von mehreren Projektabschnitten wurden verschiedene Ansätze zur Modellierung der Flüssigkeitsfüllung getestet. Vielversprechende Ergebnisse ergaben sich mit den neueren Ansätzen im FE-Programmsystem ABAQUS, die auf einem gekoppelten Euler-Lagrange-Ansatz beruhen.

Im Ergebnis zeigt die Simulation des Falltests eine gute Übereinstimmung des Verformungsverhaltens von Versuch und Simulation. Insbesondere konnten Schwachstellen an einem Kanister theoretisch und experimentell nachgewiesen werden, sofern das Kanisterversagen an Dünnstellen und Bereichen außerhalb der Quetschnaht auftrat.