FeelMath - Mechanische und thermische Eigenschaften von Mikrostrukturen

FeelMath ist ein schnelles und leicht zu bedienendes Analyse-Tool zur Berechnung effektiver mechanischer und thermischer Eigenschaften von Mikrostrukturen, die durch Volumenbilder oder analytische Beschreibungen gegeben sind.

Informationsgewinnung für die Mikrostruktur

Die Mikrostruktur eines Materials beeinflusst Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Elastizität oder akustische Dämpfung. Mittels der Bildanalyse werden anhand von REM-Aufnahmen oder Tomographien, die wichtigsten Informationen für die Mikrostruktur erarbeitet. Des Weiteren bestimmt die Bildanalyse Mikrostrukturinformationen, welche für die Auslegung auf der Makroskala, oder z.B. auf der Ebene des Bauteil, nötig sind.

Außerdem wird das repräsentative Volumenelement so betimmt, dass es klein genug ist, um nicht zu viele Computerresourcen zu beanspruchen, aber groß genug, um aussagekräftig zu bleiben. Auch makroskopische Materialeigenschaften können durch Realisierungen geometrischer Modelle erstellt werden.

 

Das Finden der optimalen Mikrostruktur

Durch das Modellieren öffnet sich eine Tür zum so genannten digitalen Materialdesign und Optimieren von Werkstoffen. Einfache Änderungen der Modellparameter machen sich in leicht veränderten Geometrien bemerkbar, in denen wiederum die Zieleigenschaften simuliert werden können.

Dieser Zyklus kann solange wiederholt werden, bis die optimale Mikrostruktur gefunden wurde. Somit können aufwändige und teure mechanische Tests und die Herstellungen von Proben und Prototypen reduziert werden, während zugleich der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und den resultierenden Eigenschaften des Werkstoffes besser verstanden wird.

FeelMathVOX

dient zur Berechnung der effektiven Steifigkeit von anisotropen, elastischen Verbundwerkstoffen und porösen Materialien (z.B. Gesteine). Der große Vorteil ist, dass die Berechnung keine Netzgenerierung erfordert, sondern direkt auf 3D-Pixeln (Voxeln) stattfindet.  

FeelMathAF

dient zur Abschätzung der effektiven Steifigkeit (richtungsabhängiger Elastizitätsmodul) von anisotropen, elastischen Verbundwerkstoffen mit analytischen Formeln (approximative formulas AF).

FeelMathLD

dient zur Simulation des physikalisch und geometirisch nicht-linearen Verhaltens (large deformations LD) von anisotropen Verbundwerkstoffen und porösen Materialien.

FeelMathVOX
© ITWM
Von-Mises-Spannungen unter Belastung in Faserrichtung.
FeelMathVOX
© ITWM
Von-Mises-Dehnungen unter Belastung in z-Richtung.
FeelMathVOX
© ITWM
Berea-Sandstein.

Projektbeispiele

 

Simulationskette für Bauteile

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

 

Simulation Faserplatten

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

 

Eigenspannungen in Aluminium-Silizium-Gusslegierungen

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

 

Adaptive Approximations­verfahren zur Multiskalensimulation von Kompositen