Am Institut für Flugzeugbau werden mesoskopische Flechtprozesssimulationen zur prädiktiven Abschätzung der Faserablage oder Lückenbildung durchgeführt. Da diese Ergebnisse noch keinen Aufschluss über die Auswirkung dieser Effekte auf die mechanischen Eigenschaften liefern, stellt dies ein aktuelles Forschungsthema am Institut dar. Um das mechanische Verhalten geflochtener Strukturen rein numerisch ermitteln zu können, werden unterschiedliche Ansätze, wie bspw. Voxel- oder Netzüberlagerungsmethoden, entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen textilen Einheitszellen, erlauben diese Methoden die mesoskopische Abbildung deutlich größerer Bereiche, sodass prozessbedingte Variationen hinsichtlich Faserwinkel oder Rovingbreite auf Bauteillevel berücksichtigt werden können.
Daneben werden Ansätze entwickelt, die über optische Sensoren eine Rückführung bereits geflochtener Textilien in ein numerisches Modell erlauben. Nach erfolgter Datenaufbereitung werden die zuvor erwähnten Methoden angewendet, um die zu erwartenden mechanischen Eigenschaften real geflochtener Textile zu ermitteln. Somit kann eine mögliche Soll-Ist Abweichung bewertet und der Materialausschuss reduziert werden.
Volumenelemente zur Beschreibung der Matrix mit überlagerten Schalenelementen aus der Prozesssimulation
Schematische Darstellung der Voxelzuweisung auf Basis einer durchgeführten Flechtprozesssimulation
Thermische Expansion der Volumenelemente zur Berücksichtigung der textilen Interaktionen
Mesoskopische Simulation einer geflochtenen open-hole Zugprobe
Prozesskette zur FE-Modellerstellung real geflochtener Strukturen
Weiterführende Informationen & Förderprojekte
Ausgangssituation/Zielsetzung
- Die im Flechtprozess auftretende Variation soll untersucht und quantifiziert werden. Im besonderen Fokus steht der Einfluss der Prozessparameter auf die Geflechtqualität und die Abbildung dieser im numerischen Flechtprozess
- Um den Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften abzuschätzen soll zudem eine Methodik entwickelt werden, die numerischen Ergebnisse der Flechtprozesssimulation in die Struktursimulation zu übertragen und so einen Multiskalen-Ansatz zu realisieren
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Ausgangssituation/Zielsetzung
- Die im Flechtprozess auftretenden Variationen der Faserarchitektur sollen erfasst und in detaillierte FE-Modelle rückgeführt werden
- Die gewonnenen Daten sollen zur virtuellen Flechtprozessoptimierung und Qualitätsanalyse herangezogen werden
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Ausgangssituation/Zielsetzung
- Die Faserarchitektur geflochtener Strukturen beeinflusst maßgeblich die Schadensfortpflanzung nach erfolgter Initialschädigung, was aufgrund der geometrischen Komplexität mit heutigen Berechnungsmethoden aber nur unzureichend abgebildet werden kann. Eine detaillierte Versagensanalyse bei quasi-statischer oder stoßartiger Belastung ist damit nicht möglich
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Mit Hilfe der Netzüberlagerung können Textil und Matrix unabhängig voneinander vernetzt werden und über entsprechende Zwangsbedingungen verknüpft werden. Somit wird die detaillierte mesoskopische Berechnung geflochtener Strukturen ermöglicht.
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Ruben Czichos
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Gruppenleiter der Forschungsgruppe Composite Simulation