Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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Faltenbalg mit Simulation der Formänderung
© freepik / Fraunhofer ITWM
Faltenbalg mit Simulation der Formänderung

Effiziente Simulation im Fahrzeugbau

Im Bild Faltenbalg im Fokus: Simulation der Formänderung

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Simulation flexibler flächiger Strukturen – vom Flachbandkabel bis zur Innenraumverkleidungen

Simulation flexibler Strukturen im Fahrzeugbau: Effiziente Modelle für Flachbandkabel, Faltenbälge und Verkleidungen

Im Fahrzeug finden sich viele flexible flächige Strukturen: von kleinen Flachbandkabeln, über Faltenbälge bis hin zu großflächigen Innenraumverkleidungen. Wir entwickeln und nutzen Simulationen, um diese Bauteile optimal für Montage und Betrieb auszulegen – und das schon in frühen Entwicklungsphasen.

So unterschiedlich Flachbandkabel, Faltenbälge und Innenraumverkleidungen auch sind: Für ihre Simulation greifen wir meist auf Schalenmodelle zurück. Je nach Anforderung entwickeln wir spezielle Methoden und achten dabei immer auf eine praxistaugliche Parametrierung. Einige unserer Methoden sind auch schon in den kommerziellen Produkten IPS Bellows and Grommets sowie IPS Flat Cables aufgegangen.

Surrogat-Modelle und KI-Ansätze für schnelle Berechnungen

Eine zentrale Herausforderung bleibt die Effizienz, besonders bei Echtzeitanwendungen. Zwar sparen 2D-Schalenmodelle im Vergleich zu 3D-Volumenmodellen eine Dimension ein, trotzdem besitzen sie noch viele Freiheitsgrade. Um Berechnungen zu beschleunigen, setzen wir auf Surrogat-Modelle wie Neuronale Netze. Diese trainieren wir so, dass sie das Verhalten komplexer Schalenmodelle nachahmen. Nach dem Training liefern die Surrogat-Modelle Lösungen in Echtzeit.

Simulation der Deformation eines Flachbandkabels
© Fraunhofer ITWM
Simulation der Deformation eines Flachbandkabels
Innenraumverkleidung bei der Montage: Simulation von Verformungen
© Fraunhofer ITWM
Innenraumverkleidung bei der Montage: Simulation von Verformungen
Flexible Flachbandkabel
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Flexible Flachbandkabel werden beispielsweise in der Computerhardware oder Unterhaltungselektronik verbaut. Wir simulieren flexible Flachbandkabel als elastische Streifen mittels geometrisch exakter Cosserat-Schalen.

Beispiel: IPS-Modul zur Simulation von Flachbandkabeln

Hochflexible Flachbandkabel sind zentrale Bauteile in moderner Computerhardware und Unterhaltungselektronik (siehe Abbildung rechts). Wir modellieren sie am Fraunhofer ITWM als „elastische Streifen“ mit geometrisch exakten Cosserat-Schalen – in Anlehnung an unsere Methoden zur Modellierung flexibler Kabel und Schläuche mit Cosserat-Stäben.

Im Gegensatz zu einem Stabquerschnitt kann sich der Querschnitt eines Streifens in Querrichtung verformen. Dieses Verhalten lässt sich leicht am Beispiel eines Papierstreifens nachvollziehen, der sich bei räumlichen Verformungen ebenfalls quer verzieht. Genau diese Querschnittsverformung zeigt auch unsere Simulation in der IPS-Software, die die realistische Verformung von Flachbandkabeln sichtbar macht.

Simulation eines Flachbandkabels

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