Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMIn diesem Schwerpunkt präsentieren wir verschiedene Projekte aus den Themenfeldern:
Leichtbau Symbolbild mit Simulationen
© Fraunhofer ITWM / freepik
Leichtbau und Dämmstoffe
Modellierung, Simulation und Optimierung im Leichtbau
Leichtbau wird heute bereits vielfältig eingesetzt. Sowohl in der Automobil- als auch in der Bau-, Freizeit und Sportindustrie (z.B. Sportschuhsohlen) und im Consumer-Bereich (z. B. Bohrmaschinengehäuse) ersetzen faser- und partikelverstärkte Kunststoffe immer mehr Metalle als Werkstoff. Da sowohl die Materialien als auch die Konstruktions-, Füge- und Fertigungsverfahren kontinuierlich neu- und weiterentwickelt werden, entstehen Güter mit gleichen oder sogar verbesserten Eigenschaften gegenüber dem ursprünglichen Produkt.
Die Vorhersage der Festigkeit und des Schädigungsverhaltens dieser Bauteile ist aufgrund der Richtungsabhängigkeit des mechanischen Werkstoffverhaltens kompliziert, weshalb aufwendige Mehrskalensimulationen für präzise Vorhersagen notwendig sind. Zur Reduktion der hohen Rechenzeiten entwickeln wir Modellreduktionsmethoden, die das effektive Werkstoffverhalten, wie z. B. Ermüdung und Schädigung, über Mikrostruktursimulationen mit unserem Analyse-Tool FeelMath ermitteln.
Modellierung, Simulation und Optimierung von Dämmstoffen
Wärme- bzw. Akustikdämmstoffe sind in der Regel hochporöse Faser- oder Schaumstrukturen, die einerseits eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit bzw. hohe akustische Absorption aufweisen sollen, andererseits aber auch dauerhaft stabil sein müssen. Die optimale Auswahl der Materialstruktur erfordert somit die Ermittlung der verschiedenen Materialeigenschaften und die quantitative Bewertung der widerstreitenden Kriterien.
Basierend auf Mikrostruktursimulationen mit GeoDict verbessern wir die Faser- und Schaumstrukturen hinsichtlich ihrer Eigenschaft und können in einem zweiten Schritt auch den Aufbau mehrlagiger Systeme optimieren. Für Letzteres finden auch gemessene Eingangsdaten Verwendung.