Leichtbau gilt als eine Schlüsseltechnologie, um Ressourcen effizienter einzusetzen und hochwertige Produkte fertigen zu können. Im Bild: Carbonfaser wird zum Beispiel für Fahrzeugkomponenten eingesetzt. Wir berechnen die effektiven Materialeigenschaften.

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.

Projekt-Beispiele

 

Effiziente Multiskalen-Verfahren für kurzfaserverstärkte Kunststoffe

In einer Kooperation mit Bosch haben wir eine Multiskalen-Simulationsmethode entwickelt, um Einblick in das viskoelastische Verhalten und das Ermüdungsverhalten von Bauteilen aus kurzfaserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen zu erhalten.

 

Charakterisieren und Modellieren von langfaserverstärkten Thermoplasten

Wir bringen unsere Simulationsexpertise im AiF-Projekt ein.

 

ResKin – Simulationen von Prozessen im Reservoirgestein

Das Vorhersehen von chemischen Reaktionen und Kinetik steht im Mittelpunkt. Wir unterstützen mit unseren Softwaretools zur Simulation der Prozesse.

 

Simulationskette für Bauteile

In mehreren Projekten mit Bosch haben wir eine Simulationskette entwickelt, die den Fertigungsprozess von faserverstärkten Bauteilen berücksichtigt.

 

CustoMat 3D

Das Ziel des Projektes CustoMat 3D ist die simulationsgestützte Entwicklung und Qualifizierung von maßgeschneiderten Aluminiumwerkstoffen für die laseradditive Fertigung in der Automobilindustrie.

 

Adaptive Approximations­verfahren zur Multiskalensimulation von Kompositen

Projekt MuSiKo

 

Eigenspannungen in Aluminium-Silizium-Gusslegierungen

Im Projekt werden Al-Si-Gusslegierungen untersucht, die z.B. für Zylinderköpfe und Kurbelgehäuse verwendet werden.

 

Simulation Faserplatten

Im Projekt entwickeln wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern Grundlagen zur Herstellung und zur Festigkeitsberechnung von leichten MDF-Platten.

 

Klebeverbindungen für Platten- und Scheibenbauteile

Im Projekt wurden möglichst einfach zu handhabende Klebeverbindungen für Platten- und Scheibenbauteile konstruiert und optimiert.

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.

Projekt-Beispiele

 

Optimierung von Türen mittels Simulation

Die Ansprüche an Türen hinsichtlich Design und Funktionalität betreffen ganz unterschiedliche Aspekte. In verschiedenen Projekten mit dem Türenhersteller Biffar schaffen wir Lösungen durch Simulation.

 

Strukturoptimierung in Mechanik und Akustik

Die Berechnung der akustischen Eigenschaften – ausgehend von der Mikrostruktur – eröffnet neue Möglichkeiten der Materialoptimierung.

 

Optimierung von Wärmedämmstoffen

Wärmedämmmaterialien sind hochporöse Faser- oder Schaumstrukturen. Im Fokus unserer Forschung und Entwicklung steht die Mehrskalenmodellierung und -simulation.