Prozesssimulation

Das Kompetenzfeld Prozesssimulation fokussiert die Simulation und Optimierung von Fertigungsprozessen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV). Es spielt eine Schlüsselrolle bei der ganzheitlichen Digitalisierung der Produktherstellung, indem konventionell erhobene Daten der physischen Herstellung um digitale Abbilder ergänzt werden. Um die Komplexität der Multiskalensimulation und den ständig steigenden Bedarf an Rechenressourcen zu bewältigen, werden Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt. Dies erhöht die Geschwindigkeit der Simulationen sowie deren Genauigkeit.

Alle wichtigen Herstellungsverfahren für thermoplastische und duroplastische FKV werden betrachtet, darunter Thermoformen von Organoblechen, Harzinjektionsverfahren, Fügen von thermoplastischen FKV (Induktionsschweißen), Wickeln und Tapelegen sowie die Verarbeitung von extrudierten/pultrudierten und formgepressten Teilen (z.B. SMC). Die Forschungsarbeiten gliedern sich in drei Bereiche. Der erste ist die Materialcharakterisierung, die darauf abzielt, herauszufinden, wie sich das Material sowohl in flüssiger als auch in fester Form unter den verschiedenen physikalischen Bedingungen verhält, denen es ausgesetzt ist. Der zweite Schritt ist die Materialdigitalisierung im Sinne der Entwicklung eines Materialmodells, das darauf abzielt, das charakterisierte Materialverhalten mathematisch zu beschreiben. Der dritte Schritt ist die Entwicklung eines Simulationsmodells, das die zu verwendenden Simulationsmethoden beinhaltet (z. B. Art der Finite-Elemente-Methode, Art der Elemente und welche physikalischen Aspekte in das Simulationsmodell einbezogen werden sollen). Auf der Grundlage des Prozesssimulationsmodells können simulative Parameterstudien durchgeführt werden, bei denen die Prozess-, Material- (Prepreg oder Halbzeug) und Geometrieparameter (Werkzeug und Bauteilform) optimiert werden können. So werden bspw. Parameter für eine effektive Produktion ermittelt oder lokale Materialeigenschaften im Bauteil vorhergesagt und digital dokumentiert. Diese Daten können dann für weitere Untersuchungen und Analysen entlang der CAE-Simulationskette zur Verfügung gestellt werden.

Wichtige Forschungsziele bestehen in der Neu- und Weiterentwicklung von Methoden zur Materialcharakterisierung und -modellierung sowie von KI-gestützten Finite-Elemente-Simulationsmethoden.

Dr.

Miro Duhovic

Kompetenzfeldleiter Prozesssimulation

Spezielle Expertise: Finite-Elemente-basierte Multiphysik-Simulation komplexer Verbundwerkstoff-Fertigungsprozesse, Material- und Prozesscharakterisierung, Entwicklung von Verbundwerkstoffmodellen

Raum: 58/268

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Finite-Elemente basierte Multi-Physik-Simulation von Fertigungsprozessen
  • Multiskalensimulation und Entwicklung durchgängiger CAE-Workflows
  • Prozesssimulationen unterstützt durch Maschinelles Lernen
Branchen Anwendungen (Beispiele)
Mobilität SMC-Pressformsimulation für Automobilkarosserieteile und Thermoformsimulation von Flugzeugstringerprofilen
Sport & Freizeit Drapiersimulation für Helme
Energie Infusionssimulation für Rotorblätter

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • GFK, CFK
  • Duroplaste und Thermoplaste
  • Kontinuierliche und diskontinuierliche faserverstärkte Systeme

Typische Fragen

  • Wie können komplexe Multiphysik-Phänomene wie das Induktionsschweißen simuliert werden?
  • Welche Eingangsdaten sind erforderlich und wie können diese generiert werden?
  • Wie kann die Faserorientierung in einem Bauteil vorhergesagt werden?
  • Wie können Prozesssimulationen durch Maschinelles Lernen und Model Order Reduction effektiver werden?

Projekte im Kompetenzfeld Prozesssimulation

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Weber, T.

    Herstellprozesssimulation zur Vorhersage der Faltenbildung in der Prepreg-Autoklav-Fertigung

  • Schöpfer, J.

    Spritzgussbauteile aus kurzfaserverstärkten Kunstsoffen: Methoden der Charakterisierung und Modellierung zur nichtlinearen Simulation von statischen und crashrelevanten Lastfällen

  • Louis M.

    Zur Simulation der Prozesskette von Harzinjektionsverfahren

  • Huber, U.

    Zur methodischen Anwendung der Simulation der Harzinjektionsverfahren

    Externe Veröffentlichungen "Prozesssimulation"

    An experimental characterization of wrinkling generated during prepreg autoclave manufacturing using caul plate

    https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0021998319846556

    Advanced process simulation of compression molded carbon fiber sheet molding compound (C-SMC) parts in automotive series applications

    https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.106924

    Material Characterization and Compression Molding Simulation of CF-SMC Materials in a Press Rheometry Test

    https://www.scientific.net/KEM.809.467

    Polarization imaging for surface fiber orientation measurements of carbon
    fiber sheet molding compounds

    https://doi.org/10.1016/j.coco.2022.101456

    A combined experimental–numerical approach for permeability characterization of engineering textiles

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pc.26064

    Machine learning for polymer composites process simulation – a review

    https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110208

    Influence of polymer matrix on the induction heating behavior of CFRPC laminates

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836821009276?via%253D