Modellierung von Faser-Medien, Vliesstoffen und faserverstärkten Verbundwerkstoffen
FiberGeo
FiberGeo erstellt fortschrittliche digitale 3D-Modelle, sogenannte digitale Zwillinge, von Materialien wie Spinnvliesen, kardierten Vliesstoffen, Filtermedien, Laminatstrukturen, Isolationsmaterialien, Gasdiffusionsschichten (GDL) und faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Unser Modellierungsprozess beginnt mit einer statistischen Beschreibung des Materials, die wichtige Parameter wie Faserform, Durchmesser- und Längenverteilung, Krümmung und Orientierungsverteilung umfasst.
In Fällen, in denen die statistischen Eingabeparameter unbekannt sind, kommt unser innovatives FiberFind-Modul zum Einsatz. Mithilfe von 3D-Scans realer Materialien ermittelt FiberFind effizient die erforderlichen Parameter und gewährleistet so Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Modellierungsprozess.
Das resultierende digitale 3D-Mikrostrukturmodell (digitale Zwilling), bietet ein beispielloses Detailniveau und ermöglicht präzise Analysen, die mit traditionellen µCT-Scans vergleichbar sind. Beispiele für die Analysefähigkeiten umfassen die Berechnung der Porengrößenverteilung (mit dem PoroDict-Modul) und die Simulation der Permeabilität (mit dem FlowDict-Modul).
Was die mit GeoDict erzeugten digitalen Zwillinge besonders auszeichnet, ist ihre außergewöhnliche Vielseitigkeit. Im Gegensatz zu einem einzelnen CT-Scan erweist sich ein auf einem statistischen Modell basierender digitaler Zwilling als unerläßlich für das digitale Materialdesign. Ein digitaler Zwilling ermöglicht die Erforschung verschiedener Materialstrukturen durch die digitale Anpassung der zugrunde liegenden Parameter.
GeoDict ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen neuen Designs und bestehenden Produkten. Durch die Berechnung von Materialeigenschaften, die wertvolle Einblicke liefern, wird mit diesem Ansatz die Entwicklung völlig neuer Materialdesigns ermöglicht.
Wissenschaftliche Publikationen
3D-Mikrostruktur einer Gasdiffusionsschicht (GDL)
- Erstelle eine GDL mit gekrümmten oder geraden Fasern
- Realistische Verteilung des Binders hinzufügen
(a) FiberGeo-Model einer GDL (3D-Bild)
(b) FiberGeo-Model einer GDL (2D-Bild)
3D-Mikrostruktur von Verbundwerkstoffen
- Modellierung von kurz- und langfaserverstärkten Materialien
- Modellierung von Laminaten
(a) Digitaler Zwilling eines Kurzglasfaser-Verbundwerkstoffs
(b) Kohlenstofffaser-Laminat
3D-Mikrostrukturen von Filtermedien
- Modellierung von mehrschichtigen Filtermedien
- Modellierung von Gradienten und Heterogenität
- Modellierung komplexer Faserverteilungen
(a) Schichtförmiges faseriges Filtermaterial
(b) Atemschutzmaske: Feinschicht und Stützschicht
3D-Mikrostruktur von Vliesstoffen
- Modellierung komplexer gekrümmter Fasern
- Modellierung heterogener Faserverteilungen
und -gradienten - Kombination von faserigen Medien mit Körnern
oder gewebten Materialien
(a) Digitaler Zwilling eines Vliesstoffs
(b) Komprimierte Steinwolle
(c) Entwässerungsfilz
FiberGeo Features
FiberGeo bietet mehrere Optionen zur Erstellung und Anpassung von Fasermedien.
Create Fibers platziert Fasern einer bestimmten Form und Größenverteilung in ein 3D-Gebiet, bis ein vorgegebener Festkörperanteil (oder ein ähnliches Abbruchkriterium) erreicht ist. Die Fasern können mit Überlappung erstellt werden oder optional dicht gepackt ohne Überlappung. Mehrere Faserformen und Materialphasen sind möglich. Fasern können auch in ein bereits vorhandenes 3D-Mikrostrukturmodell generiert werden.
Die Faserprofile können verschiedene Formen annehmen, wie z.B. kreisförmig, elliptisch, rechteckig, trilobal oder benutzerdefiniert mit zufällig verteilten Parametern. Fasern können entweder massiv oder hohl sein und können als unendlich lang oder mit einer zufälligen Längenverteilung modelliert werden. Sowohl gerade als auch gekrümmte Fasern können simuliert werden, mit der Möglichkeit, zufällige Orientierungsverteilungen anzuwenden. Darüber hinaus können Faserbündel für komplexere Modellierungen erstellt werden.
Pile Fibers ermöglicht das Ablegen von Fasern einer bestimmten Form und Größenverteilung auf eine flache Oberfläche oder in ein bestehendes 3D-Mikrostrukturmodell. Beim Ablegen überlappen sich die Fasern nicht gegenseitig oder mit der vorhandenen Geometrie. Ein Abstand zum separieren der Fasern kann ebenfalls festgelegt werden.
Mit Add Binder ist es möglich, realistische Binderverteilungen zu einem bestehenden 3D-Mikrostrukturmodell hinzuzufügen, z. B. zu einem Modell, das mit der Option Create Fibers erstellt wurde. Die Binderverteilung kann anisotrop sein und einem Gradientenverlauf folgen.
Als letzte Option steht Distribute zur Verfügung, die es ermöglicht, nicht überlappende Fasern zufällig zu verschieben und zu verteilen, z. B. bei Fasern erzeugt mit Pile Fibers.
Diese Module werden oft mit FiberGeo kombiniert:
| Bildverarbeitung & Bildanalyse | ImportGeo-Vol | |||||
| Charakterisierung & Analyse | PoroDict + MatDict | FiberFind | ||||
| Modellierung & Design | ||||||
| Simulation & Vorhersage | ConductoDict | DiffuDict | ElastoDict | FlowDict | SatuDict | FilterDict |
| Schnittstellen | ExportGeo-CAD + MeshGeo |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.