Flexible Strukturen

Fraunhofer ITWM

Der Schwerpunkt 'Flexible Strukturen' beschäftigt sich mit der Modellierung und numerischen Simulation beweglicher (elastischer, viskoser oder viskoelastischer) Objekte. Insbesondere bildet die Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen ein zentrales Thema dieses Schwerpunkts. Flexible Strukturen können oft durch vereinfachte Modelle in den Simulationen dargestellt werden. So ergeben sich folgende Klassen von Modellen:

  • Tröpfchen, Partikel (Massepunkte)
  • Fäden, Fasern, Filamente, Stapelfasern, Kabel, ... (linienförmige Objekte)
  • Papierbögen, Folien (flächige Objekte)

Aus den umfangreichen Arbeiten der letzten Jahre im Bereich der Fadensimulationen ist die Software FIDYST (Fiber Dynamics Simulation Tool) entstanden. FIDYST wurde in zahlreichen Projekten zur systematischen Prozessauslegung und Prozessoptimierung im Bereich Technischer Textilien (z.B. Vlieslegung, Spinnprozesse) erfolgreich eingesetzt. Für die Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen werden hauptsächlich kommerzielle Strömungssimulationstools eingesetzt. Diese Strömungsdaten sind Eingabedaten für die Struktursimulationen. Eine vollständige Kopplung von Strukturdynamik und Strömungsdynamik ist in vielen Fällen über eine iterative Kopplung der Simulationstools und einer geeigneten Modellierung der Wechselwirkung zwischen Strömung und Struktur möglich.

Speziell für Spinnprozesse in der Vliesproduktion werden stochastische Modelle entwickelt, welche die Fadenablage auf dem Transportband beschreiben. Nach Analyse der deterministischen und stochastischen Eigenschaften der Fadenablage aus einer FIDYST-Simulation können mit den stochastischen Modellen sehr schnell ganze Vliesstoffe berechnet und anschließend analysiert werden.

Projekte

  • Simulation und Optimierung von Nadeleinstichmustern

    Die Vernadelung von Vliesstoffen ist ein bewährtes Verfahren zur mechanischen Vliesverfestigung. Das Vernadelungs- verfahren beruht darauf, dass Nadeln mit Kerben senkrecht zur Vliesebene in das Material eingestochen werden.

  • Simulationsbasierte konstruktive Auslegung einer Spinnvliesanlage

    Auf Basis des Softwaretools FIDYST (Fiber Dynamics Simulation Tool) sind verschiedene Projekte zur Auslegung und Optimierung von Maschinen und Anlagen durchgeführt worden. Wesentlicher Schlüssel hierzu ist es, das dynamische Verhalten von Filamenten oder Stapelfasern gezielt zu beeinflussen.

  • Simulation des Schussfadens beim Luftweben

    Beim Luftweben wird der Schussfaden im Unterschied zu bisher üblichen Verfahren nicht mechanisch, sondern aerodynamisch geführt. Dazu sind über die Breite der Webmaschine mehrere Düsen angebracht. Diese dienen zur Erzeugung einer Luftströmung, die den Schussfaden über die ganze Breite von einer zur anderen Seite schießt.

Produkte

  • FIDYST - Fiber Dynamics Simulation Tool

    Ausgangspunkt der Entwicklung des Softwaretools FIDYST war die Simulation von Produktionsprozessen im Bereich Technischer Textilien, insbesondere die Simulation von Vlies- und Spinnprozessen (spunbond, meltblown,...).