Code / Programme

Sammlung diverser Software-Tools zur Modellgenerierung, Ausführung und Auswertung von Simulationen, sowie zur Materialschätzung und Halbzeugfertigung.

Die hier aufgeführten Skripte und Programme werden als Bestandteil aktiver Forschungsprojekte fortlaufend modifiziert und verbessert. Hierbei liegt der Fokus der Entwicklungen auf Forschung und damit adaptiven parameterbasierten Eingabemöglichkeiten mit begrenzter Nutzerfreundlichkeit. Bei Interesse an einer Verwendung bitten wir Sie deshalb, sich mit den entsprechenden Ansprechpartnern der jeweiligen Inhalte in Verbindung zu setzen.

Mikroskopische und Mesoskopische Modellierung

Ein Multi-Skalen-Simulationsansatz ermöglicht eine Evaluierung verschiedener Detailierungsstufen eines Faserverbundwerkstoffs und damit eine virtuelle prädiktive Vorhersage des Material- und Bauteilverhaltens. Dadurch können empirische Untersuchungen auf ein Minimum reduziert werden.

Das mechanische Verhalten von Faserkunststoffverbunden ist aufgrund der Heterogenität des Materials stark von dessen Mikrostrukur abhängig. Um prädiktive Aussagen über das zu erwartende Verhalten treffen zu können, bietet sich die Methode der Finiten Elemente an. Am IFB wurde daher ein Pre-Processor entwickelt, mit dem automatisiert realistische Mikrostrukturmodelle von Faserkunststoffverbunden erzeugt werden können. Diese können dann zur virtuellen Ermittlung von Steifigkeit und Festigkeit genutzt werden.

Darüber hinaus können die generierten Modelle für das CFD-Programm OpenFOAM exportiert und hinsichtlich Permeabilität, Druckverlauf, Strömungsspitzen und nicht-infiltrierten Bereichen untersucht werden. Hierbei sind vor allem die Variation der Filamentorientierung, die Filamentclusterung und die Variation der Filamentquerschnitte von großer Bedeutung.

Mikromechanische Modellgenerierung

  • 3-dimensionales statistisches Volumenelement
  • Variationen (Faserdurchmesser, Ondulation, Winkelabweichung)
  • Periodische Last- und Randbedingungen
  • Faser-Matrix-Interface
  • Automatische Auswertung

Ansprechpartner: Ruben Czichos

Zur numerischen Bestimmung des Infiltrationsverhaltens von Textilien mittels CFD-Programmen (wie OpenFOAM, FlowTex, etc.) ist eine Generierung von realistischen Voxelvolumenmodellen erforderlich. Das institutseigene Faserbündel- bzw. Textilmodellierungsprogramm VOxCO dient zur Umwandlung von Shell-Element-basierten Faserbündelverläufen aus FEM-Prozesssimulationen (z. B. Flecht- oder Drapiersimulation) in ein derartiges Modell. Grundlage hierfür ist eine STL-Datei mit den Faserbündelverläufen zur Generierung realistischer Faserquerschnitte. Die Faserbündelquerschnittsform wird vom Benutzer vorgegeben und durch das Programm iterativ aufgebaut. Der Einfluss auf Rechengeschwindigkeit, Diskretisierungszeit und Arbeitspeicherbedarf wird ermittelt und eine Empfehlung für zukünftige Simulationen gegeben. Das Programm generiert ein gleichmäßiges, strukturiertes, hexagonales Rechennetz und ordnet der vorliegenden STL-Textilarchitektur die jeweiligen Zellen des gleichmäßigen Netzes zu.

Durch die Erweiterung CompacToFlow ist es möglich bereits kompaktierte RVE-Modelle in ein durch FlowTex lesbares Voxel-Format zu exportieren. Hierdurch werden Strömungssimulationen und Permeabilitätsbestimmungen mit FlowTex möglich.

Voxelvolumenmodell

  • Dreidimensionales gleichmäßiges, strukturiertes Voxelvolumenmodell
  • Variationen (Faserdurchmesser, Voxelgröße)
  • Automatische Generierung aus STL-Daten
  • Abschätzung Dauer und Arbeitspeicherbedarf
  • Erzeugung kompaktierter Voxelmodelle

Ansprechpartner: Ruben Czichos

Zur Generierung von biaxialen und triaxialen Geflecht-RVE im Programm TexGen wurde am Institut das TexGen-BraidExtension-Tool entwickelt. In diesem Matlab/Python-Skript können als User-Input mehrere textile Parameter (u.a. Garnbreite, -Höhe, -Abstand, RVE-Abmessungen, Flechtwinkel) angeben werden. Daraus generiert das Programm ein TexGen-Modell, welches in TexGen visualisiert und modifiziert werden kann. Zusätzlich wird die Permeabilität der erstellten Geflechtmodelle analytisch berechnet. Bisher ist keine Kompaktierungsfunktion für Geflechte implementiert, dies kann bei Interesse jedoch ergänzt werden.

Geflecht-RVE

  • Dreidimensionales Geflecht-RVE-Generierung
  • Triaxiale und Biaxiale Geflechtmodelle
  • Variationen (Faserbündelform, Spacing, Twist, FVG, u.a.)
  • Automatische Generierung mittels User-Input

Ansprechpartner: Ruben Czichos

Strukturelle Evaluierung

Eine automatisierte Prozesskette zur geometrischen und strukturmechanischen Evaluierung ermöglicht eine schnelle Bewertung von Geometrien in Hinblick auf verschiedene Einsatzszenarien.

Der Einsatz von gefalteten Kernmaterialien für Sandwichwerkstoffe ermöglicht durch die Vielzahl von umsetzbaren Faltgeometrien eine hohe Gestaltungsfreiheit. Um die große Menge unterschiedlicher Geometrien zu bewerten, wurde am IFB eine numerische Prozesskette entwickelt, die die mechanischen Eigenschaften der Faltkerne in einem automatisierten Prozess evaluiert. Dazu gehört die Erzeugung der entsprechenden Geometrien, die Übergabe an einen ausgewählten FE-Solver sowie das Post-Processing. Zusätzlich wurde eine Schnittstelle zu einer Datenbank implementiert, um die notwendigen Daten für Fertigung und Simulation bereitzustellen. Eine integrierte Optimierungsumgebung erleichtert die schnelle Bewertung von Geometrien im Hinblick auf bestimmte Einsatzszenarien.

Miura-Ori Faltkerngeometrie

  • Automatisierung der gesamten Prozesskette
  • Unterstützung unterschiedlicher Kerngeometrien (Miura-Ori, Curved Folds, etc.)
  • Dynamische Variation der Ausgangsparameter
  • Genetische Optimierung
  • Implementiert in Python

Ansprechpartner: Simon Thissen

Hilfsmittel zur Fertigungsoptimierung

Die Fertigung eines Faserverbundbauteils erfordert die Abschätzung der notwendigen Fertigungsmaterialien und Kosten. Die tatsächlichen Aufwände sind dabei abhängig von den verwendeten Fertigungstechnologien.

Die Fertigung eines Faserverbundbauteils mittels VARI-/VAP-Prozess erfordert die Abschätzung der notwendigen Fertigungsmaterialien und Kosten. Das entwickelte Programm ermöglicht dies unter Eingabe der Dimensionen und des angestrebten Faservolumengehalts eines Bauteils. Hierbei wird ein Verbleib von Matrix im Aufbau in Abhängigkeit der Schlauchlänge und Größe des Bauteils angegeben. Zusätzlich gibt das Programm Empfehlungen für unterschiedliche Angussvarianten, um eine vollständige Infiltration zu ermöglichen.

VARI-VAP

  • Abschätzung Verbrauchsmaterial (i.A. von Dimension und Faservolumengehalt)
  • Kopplung mit zu erwartenden Kosten möglich
  • Validiert für Platten und Rohrprofile
  • Infiltrationszeit & Infusionsparameter
  • Empfehlung für Angussvarianten und Fließhilfe

Ansprechpartner: Ruben Czichos

Im Projekt FormPatch konnte eine Methode für die automatisierte Generierung von Faserhalbzeug-Patch-Geometrien für die optimale Bedeckung und Abformung von Bauteilgeometrien entwickelt werden. Diese Methode wurde in der Open Source Softwareanwendung OpenCascade umgesetzt und um eine interaktive kinematische Drapiersimulation erweitert. Veröffentlichung: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.04.143

Miura-Ori Faltkerngeometrie

  • Automatisierte Analyse von Bauteilgeometrien
  • Kinematische Drapiersimulation des textile Halbzeugs
  • Optimierungsalgorithmus für die minimale Anzahl an notwendigen, umformbaren Halbzeug-Patches, um die Bauteilgeometrie vollständig zu bedecken
  • Ausgabe der Patch-Schnittmuster im SVG-Format (Umwandelbar in bspw. DXF etc.)

Ansprechpartner: Ruben Czichos

Allgemeine Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Ruben Czichos

Ruben Czichos

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Gruppenleiter Struktursimulation

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