Virtuelle Produktion von Vliesstoffen mit SURRO

Bei der Produktion von Vliesstoffen wird eine Vielzahl dünner Fasern oder Filamente versponnen und überlagert, um eine Vliesstruktur zu bilden. In Zusammenarbeit mit einem breiten Spektrum an Industriekunden treibt unsere Abteilung seit vielen Jahren die Virtualisierung dieser Prozesse voran.

Bedingt durch die Komplexität und Skalenunterschiede ergeben sich vielfältige mathematische Herausforderungen, die nicht mit Standardsimulationen gelöst werden können. Unsere eigens entwickelten Modelle, Methoden und Werkzeuge für mehrere Schlüsselaspekte unterstützen die Auslegung und Steuerung der Produktionsprozesse technischer Textilien mit effizienten Simulationen.

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© ITWM

2D-Ansicht des virtuellen Vlies in SURRO

Software SURRO generiert virtuelle Vliesstrukturen

In den letzten Jahren haben wir ausgeklügelte Methoden entwickelt, um großflächig virtuelle Vliesstrukturen zu generieren. Die daraus entstandene Software SURRO (Surrogate Model) basiert auf einem stochastischen Ersatzmodell zur Simulation von Filamenten, das mathematisch durch eine stochastische Differentialgleichung beschrieben wird.

Die Eingabe-Parameter des Prozesses werden gewonnen, in dem zuvor physikalisch basierte Simulationen einzelner Filamente mit der Software FIDYST (Fiber Dynamics Simulation Tool) durchgeführt werden. Das komplexe Verhalten der Filamente wird so durch einen Identifikationsprozess auf wenige stochastische Parameter zurückgeführt, welche die Vliesstruktur charakterisieren.

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© ITWM

Flächengewichtsverteilung eines Ausschnitt bei 0.1mm Auflösung

Mit SURRO und FIDYST Prozesse zur Herstellung von Vliesstoffen analysieren

Im Vergleich zur vollständigen physikalischen Simulation werden Fäden mit dem SURRO Ersatzmodell extrem schnell berechnet. Dadurch ist es möglich, fein aufgelöste Mikrostrukturen im Bereich mehrerer Zentimeter Kantenlänge zu erzeugen. Die virtuelle Vliesstruktur wird dann hinsichtlich Flächengewichtsverteilung und Homogenität auf verschiedenen Skalen analysiert. Die Homogenität ist hierbei entscheidend für die Qualität des Vliesstoffs und ein Kriterium zur Optimierung des Herstellungsprozesses.

Durch Schnittstellen zu Standardsoftware wie Abaqus können darüber hinaus Festigkeitsuntersuchungen durchgeführt werden. Wir setzen den Mikrostrukturgenerator SURRO erfolgreich ein, um zusammen mit der Simulationssoftware FIDYST Prozesse zur Herstellung von Vliesstoffen zu analysieren und optimieren.

Weiterführende Publikationen:

A.Klar, N.Marheineke, R.Wegener. Hierarchy of Mathematical Models for Production Processes of Technical Textiles. ZAMM, 89(12): 941-961, 2009.