Sensorgestützte Optimierung von Bau- und Werkstoffen, Bauteilen und Prozessabläufen Ausstattung von Bauteilen mit innovativer Sensorik Feuchte-, Radar-, Mikrowellen-, Ultraschall-, Faseroptische und Optische Sensorik (SWIR, NIR, VIS) Sensorfusion
Numerische Modelle für multiphysikalische Problemstellungen
Materialien-, Bauteil- und Prozess-Simulation
Generierung, Kalibrierung und Validierung digitaler Abbilder (realer Bauteile)
Daten- und modell-basierte Prozess-Simulation
Daten- und modell-basierte Prozess-Simulationen sind Teil innovativer Prozessentwicklung und -optimierung. Durch realitätsnahe numerische Abbildung der Prozess mit Hilfe multi-physikalischer Simulationsmodelle, kann der Einfluss verschiedenster Prozessparameter analysiert und schließlich optimiert werden.
Forschung
Digitaler Zwilling zur Optimierung und prädiktiver Wartung
Verbindung von detaillierter Produkt- und Prozesssimulation mit Sensormessdaten im Kontext des Digitalen Zwillings
Modellierung und Kalibrierung eines digitalen Zwillings zur Verknüpfung von virtueller Produkt- und Prozesssimulation und -optimierung mit Sensordaten aus dem realen Einsatz der Produkte und Maschinen
Entwurf, Evaluierung und Optimierung von Sensornetzwerken zur Erfassung, Übertragung und Verarbeitung von Sensordaten für digitale Zwillinge
Abbildung: Komponenten und Vernetzung des Digitalen Zwillings
Prozess-Simulation eines 3D-Betondruckprozesses
Prozess-Simulation eines 3D-Betondruckprozess unter Berücksichtigung der Materialparameterunschärfe mit Hilfe von auto- und kreuz-korrelierten Zufallsfeldern
Abbildung: 3D-Betondruck-Modell: Stichproben des Zufallsprozess-generierten E-Moduls
Beanspruchungskontrolliertes Einsatzhärten
Analytische und experimentelle Untersuchung der Schwingfestigkeit von Stahlbauteilen
Energie- und Ressourceneffizienz von Wärmebehandlungsprozessen für Stahlbauteile
Approximationsmodelle für die Wärmebehandlung von Stahlbauteilen
Abbildung: Geometrie Welle mit Umfangskerb (links); Welle mit Umfangskerb, Beanspruchungszustand: Biegemoment MB = 130 Nm / rein wechselnd (rechts)
D. Haag, H. Beinersdorf, J. Winge, C. Könke: Design and implementation of an optimal sensor system as part of a Digital Twin for a rotary bending machine, In: Proceedings of EG-ICE 2021 Workshop on Intelligent Computing in Engineering, Berlin (2021)
D. Haag, H. Beinersdorf, J. Winge, C. Könke: Digitaler Zwilling - Entwurf und Implementierung eines Sensorsystems als Teil eines Digitalen Zwillings. Poster zum Thüringer Werkstofftag, Weimar (2021)
M. Mengesha, A. Schmidt, L. Göbel, T. Lahmer: Numerical Modeling of an Extrusion-Based 3D Concrete Printing Process Considering a Spatially Varying Pseudo-Density Approach, In: Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication (DC2020), 323-332, DOI (2020)
A. Schmidt, M. Mengesha, L. Göbel, C. Könke, T. Lahmer: Numerical Modeling of an Extrusion-based Concrete Printing Process Considering Spatially and Temporarily Varying Material and Process Parameters, In: Lecture Notes in Civil Engineering (Vol. 153): 18th International Probabilistic Workshop (IPW2020), 531-538, DOI (2021)
Kurzfassung Verbundprojekt: Prozessoptimierung - FDM-Simulation und -optimierung für auslegungsrelevante Bauteile aus Kunststoff
Teilprojekt MFPA: FOS4FDM - Erforschung einer faseroptischen Messmethode zur Erfassung von Prozessgrößen beim FDM-Drucken für die Zustandserfassung auslegungsrelevanter Kunststoffbauteile
Prognosefähige Prozessmodelle für den additiven FDM-Fertigungsprozess sowie das generelle Verständnis des 3D-Druckprozesses erfordern valide Sensordaten aus dem entstehenden Bauteil. Ziel des Projektes ist die Erforschung und Weiterentwicklung
eines faseroptischen Messverfahrens mit dem Temperaturen und Dehnungen im Kunststoffbauteil während des FDM-Prozesses sowie während der Produktlebenszeit des auslegungsrelevanten Kunststoffbauteils erfasst werden können. Kern des zu erforschenden Messverfahrens sind spezielle μm-dünne, lichtleitende Glasfasern, die es durch die Auswertung einer optischen Messgröße erlauben Temperaturen und Dehnungen sehr genau zu erfassen. Die Eignung und Möglichkeiten des faseroptischen Messverfahrens zur Prozessgrößenerfassung im FDM-Prozess werden im Teilprojekt erforscht. Im Weiteren wird das mechanische Verhalten von 3D-gedruckten Probekörpern abhängig von der Druck-Orientierung erforscht. Materialkennwerte werden für die Prozesssimulationen unter Berücksichtigung der Spezifika des FDM-Prozesses generiert.
Leicht_Diss - Gewichtsreduzierung in Leichtbaustrukturen dynamisch belasteter Systeme durch neue energiedissipative Elemente
Fördermittelgeber/in Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
Projektträger/in Projektträger Jülich
Projektleiter/in Prof. Dr.-Ing. habil. Carsten Könke
Partner/innen Bauhaus-Universität Weimar
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG, Schwabach
Context AG, München
KET Karosserie Entwicklung Thurner GmbH, München
Bertrandt Ingenieurbüro GmbH, München
Laufzeit Dez 2021 - Nov 2024
Kurzfassung Eine Zielstellung im Verbundvorhaben ist die Entwicklung einer Familie von adaptiv anpassbaren Dissipationselementen, welche mittels gezielt aktivierten Reibungsef-fekten Bewegungsenergie dissipieren und damit mechanische Schwingungen dämpfen. in diesem Teilvorhaben werden numerische Modelle zur Simulation dieser Reibelemente entwickelt. Ein erster Schritt bildet dabei die Formulierung eines generischen Materialmodells. Dieses soll in der Lage sein, beliebige Hysteresefunktionen für die Bestimmung der Reibungsdämpfung abzubilden und so eine quantitative Prognose der Energiedissipation in schwingenden Strukturen ermöglichen. Zu-sätzlich zur Entwicklung der Materialgesetze werden geeignete Elementformulierungen für die numerische Modellierung der Fügestellen erarbeitet. Die Ergebnisse der neuen Materialmodelle sowie der entwickelten physischen Prototypen (aus anderen Teilvorhaben) werden kombiniert und in ein konkretes Strukturmodell implementiert, das in einer Finite-Elemente-Umgebung angewendet werden kann. Die Energiedissipation soll dabei in zwei bzw. drei Raumrichtungen unabhängig voneinander und von anderen Materialeigenschaften (wie z.B. der Steifigkeit) steuerbar sein. Um das Potential der entwickelten Technologie voll auszuschöpfen, wird zusätzlich ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, der die günstigsten Positionen der dissipativen Verbindungselemente im Hinblick auf maximale Energiedissipation ermittelt. Dies erfolgt in einem mehrstufigen geschachtelten Optimierungsverfahren, in dem zwischen Optimierungsschritten zur Gewichtsreduktion und Optimierungsschritten zur Schwingungsreduktion iterativ gewechselt wird.
3D-Betondruck - Polymorphe Unschärfemodellierung eines 3D Druckprozesses von Beton
Fördermittelgeber/in Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektträger/in -
Projektleiter/in Prof. Dr. rer. nat. Tom Lahmer
Partner/innen DFG-Schwerpunktprogramm "Polymorphe Unschärfemodellierungen
für den numerischen Entwurf von Strukturen" (SPP 1886)
Laufzeit Jan 2020 - Nov 2023
Kurzfassung Additive Fertigungsverfahren revolutionieren derzeit den Produktionsmarkt, speziell auch für den Baustoff Beton. Damit die additive Fertigung von Betonstrukturen von Erfolg geprägt ist, bedarf es Tools, die den Prozess an sich abbilden und so eine optimale Einstellung der Prozessparameter erlauben. Die Entwicklung solcher Tools stellt den Kern des Projektes dar. Da jedoch ein additiver Fertigungsprozess von Beton Streuungen verschiedenster Art unterliegt, ist eine besondere Berücksichtigung der Prozessunschärfe über kreuz- und autokorrelierte Zufallsprozesse und Zufallsfelder zu verfolgen. Das Projekt ist eingebettet in das DFG Schwerpunktprogramm SPP 1886 Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen.
EHoptII - Steigerung der Werkstoff- und Ressourceneffizienz beim Einsatzhärten durch beanspruchungskontrollierte Kohlenstoff- und Härteprofile
Fördermittelgeber/in Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)
Projektträger/in Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA)
Projektleiter/in Dr.-Ing. Andreas Diemar
Partner/innen
Laufzeit Okt 2019 - Sep 2021
Kurzfassung Durch das thermochemische Wärmebehandlungsverfahren Einsatzhärten ist es möglich, die Dauerfestigkeit von Stahlbauteilen signifikant zu erhöhen.
Derzeit werden die Zielgrößen der Einsatzhärtung, wie die Aufkohlungs- und Einsatzhärtungstiefe sowie die Randhärte, empirisch anhand der Bauteilgeometrie festgelegt. Diese empirischen Zielgrößen bilden die Basis für die Ermittlung notwendiger Prozessparameter des Einsatzhärtens, wie den Kohlenstoffpegel und die Aufkohlungszeiten bei gegebener Aufkohlungstemperatur.
Forschungsziel war, die bisherige empirische Festlegung von Zielgrößen für das Einsatzhärten durch ein geschlossenes Konzept numerisch basierter beanspruchungskontrollierter Kohlenstoff- und Härteprofile zu ersetzen. Auf der Basis dieser Profile werden dann die notwendigen Prozessparameter ermittelt. Die Berücksichtigung des Einflusses des konkreten Bauteilbeanspruchungszustandes auf die Zielgrößen der Einsatzhärtung im geschlossenen Konzept ermöglicht zusätzlich eine Optimierung der Prozessparameter. Die optimierten Prozessparameter reduzieren notwendige Prozesszeiten (Aufkohlungs- oder Prozessdauer) sowie den Energiebedarf und erhöhen damit die Effizienz des Einsatzhärtens signifikant.