FeelMath – Software simuliert Verbundwerkstoffe, Schäume und poröse Materialien

Die Software FeelMath berechnet das effektive anisotrope mechanische und thermische Verhalten von Mikrostrukturen, die durch Volumenbilder oder analytische Beschreibungen gegeben sind.

Der direkte Nutzen von FeelMath ist sein Einsatz als digitales Materiallabor (Projekt GeoDict) zum Ermitteln der folgenden effektiven Materialeigenschaften:

  • Steifigkeit und Festigkeit
  • Thermische Expansion
  • Viskoelastisches Kriechen und Relaxieren
  • Elasto-plastizität und Schädigung
  • Ermüdung bei hoher Lastspielzahl (engl. High Cycle Fatigue)

 

Multiphysikalische Anwendungen

Um die Anwendbarkeit von FeelMath für multiphysikalische Effekte zu erweitern, haben wir es mit anderen Tools unserer Abteilung »Strömungs- und Materialsimulation« gekoppelt:

  • Batterien: Durch die Kopplung mit unserer Software BEST simulieren wir im EU-Projekt DEFACTO die Atmung von Batterien während eines Ladezyklus.
  • Gesteine: Die aus dem Porendruck resultierenden mechanischen Spannungen kommen in unserer Software PoreChem zur Simulation der Auflösungsvorgänge zum Einsatz.
  • Filter: Durch Kopplung an den Strömungslöser FiltEST ermitteln wir den Zusammenhang von Strömungseigenschaften (z.B. Permeabilität) und leiten mechanischen Belastungen (z.B. Kompression) bei Filtermedien ab.
  • Fluid: Wir verwenden in unserer Software FeelMath die Ergebnisse der Prozesssimulation von FLUID, um das Bauteilverhalten vorherzusagen.

Damit haben wir FeelMath zur Vorhersage des mechanischen Materialverhaltens für verschiedenste Anwendungen erfolgreich eingesetzt:

  • Schaumkompression mit Porendruck
  • Ermüdung von faserverstärkten Kunststoffen (BMWK DigiLaugBeh)
  • Biegefestigkeit von unidirektionalen Laminaten
  • Schädigung von Gesteinen (Projekt ResKin)
  • Atmen von Batterieelektroden (Projekt DEFACTO)
  • Vergleich von 3D-gedrucktem faserverstärkten Kunststoffen mit spritzgussgegossener Probe (Projekt REVIT)
  • Festigkeit von Sheet Moulding Compound (SMC) (ALMA-Projekt)
Numerisch berechnete Spannungsverteilung in einem kurzfaserverstärktem Kunststoff unter Zugbelastung.
© Fraunhofer ITWM
Numerisch berechnete Spannungsverteilung in einem kurzfaserverstärktem Kunststoff unter Zugbelastung.

Integration in die Multiskalen-Bauteilsimulation

Zum Optimieren eines Bauteils (aus Schaum bzw. faserverstärkten Kunststoffen) kann zusätzlich das Fertigungsverfahren einbezogen werden. Hierzu koppeln wir das Verhalten der Materialkarte an die Ausgabe der jeweiligen Prozesssimulation (FLUID, FOAM oder Moldflow). Die Materialkarte interpoliert dann in der Bauteilsimulation mit ABAQUS oder LSDyna zwischen vorberechneten Simulationsergebnissen von FeelMath. Statt auf CT-Aufnahmen von echten Materialproben ermitteln wir in diesem Fall auf virtuell erzeugten Mikrostrukturen das Materialverhalten per Simulation (Effiziente Multiskalen-Verfahren für kurzfaserverstärkte Kunststoffe)

REVIT: Mikroprobe mit berechneter Dehnungsverteilung in der Matrix – 3D-gedruckte Probe
© Fraunhofer ITWM
REVIT: Mikroprobe mit berechneter Dehnungsverteilung in der Matrix – 3D-gedruckte Probe
REVIT: Mikroprobe mit berechneter Dehnungsverteilung in der Matrix – spritzgegossene Probe
© Fraunhofer ITWM
REVIT: Mikroprobe mit berechneter Dehnungsverteilung in der Matrix – spritzgegossene Probe

Video: Simulation von Schaumkompression mit unserer Software »FeelMath«

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Kompression von geschlossenzelligem Schaumstoff