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Simulation - Zukunft rechenbar?

06.04.2001 - (idw) Fraunhofer-Gesellschaft

Egal ob Werkzeuge, Maschinen oder Autos - fast jedes Produkt entsteht heute mit Hilfe von Computersimulationen. Aber nicht nur einzelne Bauteile, sondern auch komplette Fertigungsverfahren lassen sich vorab im Rechner verbessern. Auf der Hannover Messe (23. bis 28. April) stellen Fraunhofer-Institute neue Entwicklungen in der numerischen Simulation vor.


Finite-Elemente-Simulation des Tiefziehens einer Pkw-Seitenwand. ©Fraunhofer IWU Fabrikplaner konzipieren ihre Produktionsanlagen im Computer, Konstrukteure testen das Crashverhalten von Fahrzeugteilen, Werkstoffforscher ermitteln die Auswirkungen der Bauteilbeanspruchung und Logistiker optimieren den Materialfluss - Simulation macht es möglich. Die Vorteile einer virtuellen Testumgebung liegen auf der Hand: Computer rechnen extrem schnell alle denkbaren Szenarien durch - ohne auch nur ein Stück Material zu verbrauchen. Unfälle bleiben ohne Schäden. Doch die Folgen des Handelns werden sichtbar. Das Ziel ist immer Analyse, Vorhersage, Erfahrung aus der Zukunft, Verbesserung. Auf der Hannover Messe stellen Fraunhofer-Institute neue Entwicklungen in der numerischen Simulation vor und bieten Dienstleistungen für den Mittelstand an.

Schwerpunkte des Fraunhofer-Demonstrationszentrums SIMTOP sind Simulationslösungen für die Fertigungstechnik (Leichtbau, Umformtechnik, Urformtechnik), zur Bauteilauslegung (Schwingfestigkeit, Lebensdauer), zur Werkstoffmodellierung und Simulation in der integrierten Virtuellen Produktentstehung (Virtual Prototyping). "Wir präsentieren Musterlösungen für den Mittelstand", hebt Andreas Burblies, Geschäftsführer von SIMTOP hervor. Beispiel Leichtbau. Im Fahrzeugbau ist Gewichtsreduzierung das oberste Gebot. Dennoch darf die Sicherheit nicht gefährdet werden. Das Bremer Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM hatte die Aufgabe, das Gewicht eines Motorträgers um 40 Prozent zu reduzieren. "Wir benutzen für die Topologieoptimierung ein Modell, das dem biologischen Prinzip des Knochenwachstums nachempfunden ist", beschreibt Andreas Burblies die Vorgehensweise. Fresszellen bauen innerhalb der Knochen Gewebe an wenig belasteten Stellen ab und lagern neues Gewebe an stark beanspruchten Gebieten an. Dieses Prinzip der Spannungsoptimierung lässt sich ideal mit Hilfe der FEM-Methode simulieren. Das Ergebnis - eine optimierte, treppenartige Struktur - muss nur noch geglättet werden und schon entsteht durch Rapid-Prototyping der reale Prototyp.

Im Fahrzeugbau treten zunehmend leichte Werkstoffe wie Aluminium und Magnesium in Konkurrenz zum klassischen Stahl. Dies führt zu einer Mischbauweise, die verschiedene Werkstoffe miteinander kombiniert. Doch wie sicher sind diese neuen Leichtbaukonstruktionen? Die Simulationsexperten am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM untersuchen, wie sich Materialien und Bauteile bei der Herstellung, in der Bearbeitung, im Einsatz und in Extremsituationen verhalten. Gemeinsam mit VW überprüften sie das Crashverhalten einer neuen Leichtbautür für den VW-Polo, die aus einer druckgegossenen Magnesium-Innentür und einem Aluminium-Außenblech besteht. Der Vergleich mit realen Versuchen zeigte, wie gut das Deformationsverhalten vorhergesagt wurde.

Voraussetzung für Bauteilsimulationen sind mathematische Werkstoffmodelle zur Beschreibung der Verformung und des Versagens. Zur Zeit entwickelt das IWM gemeinsam mit BMW Simulationsprogramme für Abgassysteme von Kraftfahrzeugen. Dazu gehören Krümmer, Katalysatoren und Schalldämpfer. Ziel ist, Verformung und Rissbildung unter den komplexen thermomechanischen Beanspruchungen, die in Abgassystemen herrschen, zu simulieren - und so teure Bauteilversuche einzusparen.

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU zeigt Beispiele der Blechumformsimulation. Seitenwände für Pkw gehören alleine schon wegen ihrer Größe zu den schwierigsten Bauteilen in der Blechfertigung überhaupt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Seitenteile sichtbar sind. Deshalb wird eine sehr hohe Oberflächengüte verlangt. Die Simulation eines Werkstücks mit derartigen Ausmaßen ist schwierig, doch für das IWU eine lösbare Aufgabe.

Diese und weitere innovative Lösungen stellen Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft und der GMD auf der Hannover Messe unter dem Motto "Simulation in der Produkt- und Prozessentwicklung", in Halle 15, D35 vor.

Ansprechpartner:

Andreas Burblies
Fraunhofer DZ - SIMTOP Geschäftsleitung
Wiener Straße 12, 28359 Bremen
Telefon 04 21/22 46-1 82, Fax 04 21/22 46-3 00
info@simtop.de
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