Verbundwerkstoffe
Die Herausforderung: Fasern, Polymere und Füllstoffe so kombinieren, dass sich ihre Stärken ergänzen und Schwächen ausgeglichen werden.
Verbundwerkstoffe sind in der aktuellen Bauteilentwicklung von entscheidender Bedeutung, um die Funktionalität und den Leichtbau zu verbessern. Sie sind nicht mehr nur auf die Luft- und Raumfahrtindustrie beschränkt, sondern finden auch in der zivilen Luftfahrt, im Verkehrswesen, im Bauwesen und im Maschinenbau breite Anwendung.
Der technische Fortschritt und die zunehmende Zahl von Anwendungsbereichen erfordern die wettbewerbsfähige und kostengünstige Entwicklung von Werkstoffen mit sehr hoher Steifigkeit und Festigkeit bei möglichst geringer Materialdichte.
Die experimentelle Erfassung des Materialverhaltens von Verbundwerkstoffen (z.B. Bruchverhalten) ist aufgrund ihrer Inhomogenität und des Zusammenspiels von Anisotropie und Steifigkeitsunterschieden der einzelnen Werkstoffkomponenten sehr komplex.
Gleiches gilt für die experimentelle Bestimmung fertigungsrelevanter Parameter wie beispielsweise der Permeabilität. Die Permeabilität des nicht infiltrierten Laminats wird für adäquate Füllsimulationen benötigt, um eine vollständige Imprägnierung des Bauteils zu gewährleisten. Die Permeabilität kann nur in sehr aufwendigen Experimenten bestimmt werden und ändert sich bei einer Modifikation des Lagenaufbaus.
Berechnung der Permeabilität
eines Textils
- Multiskaliger Ansatz
- Mikropermeabilität auf Einzelfaserebene
- Meso-Permiabilität auf der Ebene eines
einzelnen Rovings
- Out: Textil-Permeabilität als Input für die
Füllsimulation - Einfluss der Verdichtung des Textils wird
berücksichtigt - Permeabilität wird anhand von µCT-Scans auf GeoDict-Modellen vorhergesagt
Analyse von Fasern in einem Verbundwerkstoff
- Analyse auf Basis eines µCT-Scans
- Faserdurchmesser
- Faserorientierung
- Faserlängen
- Schichtweise Analyse
Analyse von Poren und Defekten
in einem Verbundwerkstoff
- Analyse auf Basis eines µCT-Scans
- Porengrößen
- Porenformen
- Identifizierung von Poren
- Faserbruch
- Delamination
Mechanisches Verhalten von Verbundwerkstoffen simulieren
- Vorhersage des vollständigen Steifigkeitstensors
- Simulation großer Verformungen,
z.B. bei Zugversuchen - Enthält Materialgesetze für
- Elastizität
- Plastizität
- Visko-Plastizität
- Versagen
- Schädigung
- Automatische Ableitung von Materialgesetzen
aus Zugversuchen
Highlights der GeoDict-Lösung im Überblick
- Einfache Erzeugung realistischer, digitaler Modelle von Faserstrukturen
- Identifizierung der Einzelfasern in einem µCT-Scan zur genauen Analyse von Faserdurchmesserverteilung, Faserorientierung und Faserlängenverteilung (bei Kurzfasern)
- Identifizierung von Poren in einem µCT-Scan zur genauen Analyse ihrer Größe, Form und Verteilung
- Vorhersage der Permeabilität eines Textils, auch im kompaktierten Zustand
- Schnelle Bestimmung des anisotropen Steifigkeitstensors
- Simulation großer Verformungen inklusive Plastizität, Schädigung und Versagen
- Vorhersage der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit
- Export der in GeoDict erzeigten Strukturen als Netz zur Nutzung mit anderen FE-Lösern
Digitale Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit GeoDict
Analysieren und verstehen Sie mechanische, geometrische und physikalische Eigenschaften Ihres Materials (z.B. Gewebe, Halbzeuge oder Polymere) auf der Mikroebene und optimieren Sie dieses auf Basis anschaulicher Simulationen.
Die Math2Market bietet Ihnen mit GeoDict die Komplettlösung zur digitalen Materialforschung und -entwicklung.
Exemplarischer Workflow in GeoDict für Verbundwerkstoffe
Importieren Sie Scans eines vorhandenen Materials oder modellieren Sie es von Grund auf, um ein digitales Materialmodell zu erhalten.
Digitales Material
Analysieren Sie die Materialgeometrie und statistische Daten, um einen digitalen Zwilling zu erstellen und physikalische Eigenschaften zu berechnen.
Statistisches Modell
Validieren Sie den digitalen Zwilling, indem Sie digitale und physische Experimente am Material vergleichen.
Digitaler Zwilling
Modifizieren Sie den digitalen Zwilling, um eine Vielzahl an digitalen Prototypen zu erstellen. Berechnen und optimieren Sie die Eigenschaften durch gezielte Modifikation der Parameter.
Digitale Prototypen
Entwickeln Sie Materialien der nächsten Generation auf Basis digitaler Entwürfe.
Wir unterstützen Sie dabei, diese schon heute zu realisieren.
Innovatives Material
Vielseitige Verwendung von Verbundwerkstoffen in der Industrie
Die GeoDict Lösung für Verbundwerkstoffe
Das GeoDict-Paket umfasst neben der GeoDict Base alle notwendigen Module für die Forschung und Entwicklung von Verbundwerkstoffen.
Modulempfehlungen
| Bildverarbeitung & Bildanalyse | ImportGeo-Vol | |||||
| Charakterisierung & Analyse | GrainFind-AI | FiberFind-AI | PoroDict + MatDict | |||
| Modellierung & Design | GrainGeo | FiberGeo | GrainFind-AI | WeaveGeo | ||
| Simulation & Vorhersage | DiffuDict | ConductoDict | FlowDict | ElastoDict | AddiDict | SatuDict |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.
Wissenschaftliche Publikationen
Konferenzvorträge
Veranstaltungen
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