Startseite·Forschung & Entwicklung·Kompetenzfelder·Bauweisen

Bauweisen

Das Kompetenzfeld Bauweisen umfasst die beanspruchungs- und fertigungsgerechte Entwicklung von optimierten Leichtbaustrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (FKV) sowohl für neue Anwendungen als auch für die Substitution bestehender Konstruktionen aus anderen Werkstoffen.

Eingesetzt werden Finite-Elemente-Programmsysteme (z.B. ABAQUS, ANSYS), spezielle Vernetzungs- und CAD-Programme (z.B. ANSA, SolidWorks) und Optimierungstools (z.B. TOSCA, Isight) sowie eigenentwickelte Subroutinen zur Modellierung und Beschreibung von Festigkeit und Versagensmechanismen von FKV (Festigkeitskriterien, Degradation, nicht-lineare Materialmodelle, Einheitszellenmodellierung).

Dr.-Ing.

Nicole Motsch-Eichmann

Kompetenzfeldleiterin Bauweisen

Spezielle Expertise: Bauweisenentwicklung und Konstruktion von Faserverbundstrukturen, Finite Elemente Berechnung (statisch), Entwicklung von Lasteinleitungsbereichen, Experimentelle Prüfung von Komponenten und Bauteilen, Topologie-und Shapeoptimierung

Branchen Anwendungen (Beispiele)
Luft- und Raumfahrt Rumpf- und Leitwerkstrukturen, Hochauftriebskomponenten
Automobilbau Karosserie- und Fahrwerkstrukturen
Maschinenbau Schnell bewegte Maschinenteile
Sport und Freizeit Fahrradrahmen
Medizintechnik Röntgentransparente Implantate, Orthesen
Energie Druckbehälter, Rotorwellen

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Validierung von Konstruktion und Berechnung durch experimentelle Prüfung
  • FE-Einheitszellenmodell zur Steifigkeits- und Festigkeitsvorhersage 3D-verstärkter Laminate
  • Berücksichtigung von nichtlinearem Werkstoffverhalten
  • Druckbehältertool (vom Wickelprozess bis zur Auslegung)
  • Topologieoptimierung
  • Mehraxiale Prüfung (bis zu 6 Prüfzylinder)
  • Komponentenprüfung unter definierten klimatischen Bedingungen innerhalb der Klimakammer
  • Algorithmus zur Faserwinkelbestimmung aus CT-Messung
  • Expertise zu Lasteinleitung in dickwandige Bauteile
  • Kopplung zahlreicher Monitoringsmöglichkeiten (optische 3D-Verformung, Acoustic Emission, in-situ CT, etc.)

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • GFK
  • CFK
  • Duroplaste, Thermoplaste
  • Faserverstärkter Spritzguss
  • 3D-Druck Material

Typische Fragen

  • Wie können endlosfaserverstärkte Bauteile in Kombination mit 3D-Druck individualisiert hergestellt werden?
  • Können metallische Implantate und Orthesen durch eine leichtere faserverstärkte Bauweise mit angepasster Steifigkeit ersetzt werden?
  • Ist es möglich durch in-situ Prüfungen Schädigungsbeginn und -fortschritt im Material zu identifizieren und in der Simulationen abzubilden?

Projekte im Kompetenzfeld Bauweisen

3DPrint2Fiber

Strukturoptimierte 3D-Druck Orthesen

Entwicklung eines Hybridverfahrens zur Herstellung von personalisierten und strukturell optimierten 3D-Druck Orthesen vor Ort

BewegungsForscher

OD Pfalz II | Citizen Science

Das OD Pfalz II Projekt, wissenschaftlich geleitet vom IVW, beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer und erschwinglicher medizinischer Alltagshilfen in Zusammenarbeit mit Bürgern aus Rheinland-Pfalz.

FIXTER

Entwicklung von Sternumverschluss-Implantaten (PEEK)

Entwicklung eines kostengünstigen, einfach zu handhabenden Verschlusssystems in Kunststoffbauweise, welches durch eine starre Fixierung die Vorteile am Markt verfügbarer

Lösungen zum Heilungsprozess des Sternums nach einer Operation vereint

FlexShaft

Entwicklung einer möglichst biegeweichen CFK-Torsionswelle, die das hohe Torsionsmoment sicher überträgt.

Hypersaddle

High Performance Fahradsattel in Hybridbauweise

Ziel ist die Entwicklung eines individualisierten Fahrradsattels, der Komfort, Leichtbau und Haltbarkeit im hohem Maße vereint.

HySpine

Entwicklung eines metallfreien Spinalimplantats

Entwicklung eines metallfreien Pedikelschraubensystems zur Vermeidung von Artefakten

HyTraLeicht

Hybride Tragstrukturen für den Leichtbau in Fahrzeugen

Ziel ist die Entwicklung eines individualisierten Fahrradsattels, der Komfort, Leichtbau und Haltbarkeit im hohem Maße vereint.

InjectProfile

Thermoplastische Low-Cost Flugzeug-Profile

KOBU

rCF-verstärkter Buchenholz-Hybridträger

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines ressourceneffizienten Buchenholz-Hybridträgers und die Verbesserung der Ökobilanz durch Verwendung von Buchenholz niedriger Qualität und recycelten Kohlenstofffasern.

MaTaInH2

Materialeffiziente Industrialisierung von H2-Drucktanks

In dem 3-jährigen Forschungsprojekt „MaTaInH2“ wird von den Projektpartnern Mahle, der TUM und dem IVW das Ziel der Industrialisierung der Großserienproduktion von Wasserstoff-Drucktanks bei gleichzeitiger Reduktion der Produktkosten verfolgt.

Math2Composites

Materialsimulator für textilbasierte Composites

Entwicklung eines Simulations-Tools zur Materialkennwertermittlung, welches experimentelle Versuche durch validierte Simulationen ersetzt

Next-Move

Concepts of Next Generation of Moveables

Einstieg in eine neue Methodik, die die Herstellung von geschlossenen FKV-Boxstrukturen auf effiziente Art ermöglicht und neue Freiheiten bei der Konstruktion eröffnet

ProClimb

Faser-Kunststoff-Verbund-Beschlagteile für Gurtsysteme

Entwicklung eines Simulations-Tools zur Materialkennwertermittlung, welches experimentelle Versuche durch validierte Simulationen ersetzt

ThermoStrut

neuartige thermoplastische Luft- und Raumfahrtstreben

Lebensdauerverlängerung thermoplastischer FKV-Metall-Hybriden durch Reduktion der fertigungsbedingten Eigenspannungen

WaVe

Innovative FKV-Tankstruktur zur Wasserstoffspeicherung

Aktive Hybridstrukturen ermöglichen eine neuartige situationsabhängige Anpassung der Flugzeugaerodynamik, welche die Effizienz erhöht und die Lärmbelastung reduziert.

ZEUS

Integrale Thermoplast-Bauweisen und –Prozesse

Aktive Hybridstrukturen ermöglichen eine neuartige situationsabhängige Anpassung der Flugzeugaerodynamik, welche die Effizienz erhöht und die Lärmbelastung reduziert.

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Schimmer, F.

    Einfluss des Matrixsystems und der Strukturkrümmung auf die Schlagbelastbarkeit von Faser-Kunststoff-Verbunden

  • Becker, Y.

    Development and investigatioon of a thermoplastic composite spinal implant under consideration of the interface between short and endless fibre reinforcement

  • Rieger, F.

    Entwicklung eines modifizierten Co-Curing-Verfahrens zur Herstellung von Komponenten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff

  • Helfrich, B.

    Untersuchungen des Reibwerteinflusses auf die Krafteinleitung in endloskohlenstofffaserverstärkte Polymerwerkstoffe

  • Bücker, M.

    Entwicklung einer Rotorglocke aus dickwandigen glasfaserverstärktem Kunststoff für einen Axialflussmotor mit Schwerpunkt der experimentellen und numerischen Betrachtung der Krafteinleitung

  • Heß, H.

    Experimentelle Charakterisierung und kontinuumsmechanische Simulation des Versagensverhaltens strukturell vernähter Faser-Kunststoff-Verbunde

  • Kaiser, M.

    Zur Anwendung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff im Hochleistungsrahmenbau von Sportfahrrädern

  • Thielemann, K.

    Adaptive Strukturoptimierung von Faserkunststoffverbunden unter Berücksichtigung bionischer Aspekte

  • Roth, A. M.

    Strukturelles Nähen: Ein Verfahren zur Armierung von Krafteinleitungen für Sandwich-Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbund

  • Roth, Y.C.

    Beitrag zur rechnerischen Abschätzung des Scheiben-Elastizitäts-verhaltens in Dickenrichtung vernähter Faser-Kunststoff-Verbund-Laminate

  • Weiss, J.

    Strukturoptimierung auf Basis von bionischen Prinzipien: Topologieoptimierung zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens von Bauteilen

  • Himmel, N.

    Faserkunststoffverbund-Bauweisen

  • Kuhn, M.

    Zur strukturmechanischen Auslegung unidirektional- und gewebeverstärkter Faserkunststoffverbund-Strukturen

  • Krebs, J.

    Design and Testing of a Composite Osteosynthesis Implant

  • Steffens, M.

    Zur Substitution metallischer Fahrzeug-Strukturbauteile durch innovative Faser-Kunststoff-Verbund-Bauweisen

    Externe Veröffentlichungen "Bauweisen"

    Experimental Investigation on the In-Plane Creep Behavior of a Carbon-Fiber Sheet Molding Compound at Elevated Temperature at Different Stress States

    https://www.mdpi.com/1996-1944/13/11/2545

    Load and structural health monitoring of a scaled CFRP rudder stock using electro-mechanical impedance technique

    https://doi.org/10.1117/12.2572816

    First Conclusions on Damage Behaviour of Recycled Carbon Staple Fibre Yarn Using X-ray and Acoustic Emission Techniques

    https://doi.org/10.3390/ma16134842

     

    Detection of Pin Failure in Carbon Fiber Composites Using the Electro-Mechanical Impedance Method

    https://www.mdpi.com/1424-8220/20/13/3732

    Experimental investigation of modified co-curing process for carbon fiber/epoxy-laminates

    https://doi.org/10.1142/S2424913021430013

    Hybrid thermoset-thermoplastic structures: An experimental investigation on the interface strength of continuous fiber-reinforced epoxy and short-fiber reinforced polyamide 6

    https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100060

    Development of a new method for manufacturing hollow fibre-reinforced plastic structures for aeronautical applications using structural CFRP cores

    doi.org/10.1080/14658011.2022.2117120

    Hybrid composite pedicle screw - finite element modelling with parametric optimization

    https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100290

    Hybrid Thermoset-Thermoplastic Structures: An in-depth study on plasma pretreated continuous fiber-reinforced epoxy specimens

    https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2022.100281

    ↰ Kompetenzfelder
    Digitalisierte Prozess- & Materialentwicklung →