Die Delamination in einem Formel-1-Lenkrad aus Kohlefaser ist nicht immer die Folge eines direkten Aufpralls. In diesem Fall wurde der Fehler durch eine fehlerhafte Aushärtung des Epoxidharzes verursacht, was zu Bereichen mit geringer Lastübertragung zwischen den Schichten führte. Beim Aufbringen von Drehmoment während der Fahrt lösten sich die Laminate allmählich, wodurch die Torsionssteifigkeit des Bauteils bis zu einem kritischen Punkt des strukturellen Versagens reduziert wurde.
Simulation des Versagens in Volume Graphics und HyperMesh 🛠️
Mit Volume Graphics wurde eine tomografische Untersuchung des defekten Lenkrads durchgeführt, um die Bereiche mit übermäßiger Porosität und fehlender Harzimprägnierung zu identifizieren. Die Daten wurden nach HyperMesh exportiert, wo ein Finite-Elemente-Modell mit degradierten orthotropen Eigenschaften in den betroffenen Zonen erstellt wurde. Die Simulation in Siemens NX zeigte, dass unter zyklischen Belastungen von 50 Nm die interlaminaren Spannungen die Werte einer optimalen Aushärtung um 40% überstiegen, was bestätigte, dass die Delamination am Umfang des Lenkradkranzes begann und sich radial zur Mitte ausbreitete.
Ermüdung als stiller Richter im Wettbewerb ⏳
Dieser Fall zeigt, dass sich die Ermüdungsanalyse nicht nur auf die Lebensdauer des Grundmaterials konzentrieren sollte, sondern auf die Integrität der Harz-Faser-Verbindung. Eine unvollständige Aushärtung verwandelt ein Hochleistungsbauteil in eine Falle fortschreitender Steifigkeit. Für Rennteams ermöglicht die Simulation dieser Szenarien in der Vorserienproduktion mit HyperMesh und die Validierung mit Volume Graphics die Erkennung kritischer Bereiche, bevor das Lenkrad auf der Strecke versagt, und schützt so sowohl die Leistung als auch die Sicherheit des Fahrers.
Wie kann man durch Finite-Elemente-Simulation unterscheiden, ob die an einem F1-Lenkrad beobachtete Delamination durch eine fehlerhafte Aushärtung des Epoxidharzes oder durch eine zyklische mechanische Überlastung verursacht wird?
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)