ForschungAbteilung Schwingungen
Schwingungs- und Festigkeitsverhalten von Bauteilen mit regenerations-bedingten Imperfektionen und Eigenspannungen (TP B4 "Stochastische Strukturanalyse" des SFB 871)

Ermüdung

  • Analyse und Modellierung des Schädigungsverhaltens faserverstärkter Kunststoffe bei zyklischer Beanspruchung mit Lastrichtungsumkehr
    Gegenstand dieses Verbund-Forschungsvorhabens (ISD - Leibniz Universität Hannover, ILK - TU Dresden, IKV - RWTH Aachen, IPC - TU Hamburg-Harburg) ist die Untersuchung der auf unterschiedlichen Skalen ablaufenden Schädigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen bei Schwingbeanspruchung mit Lastrichtungsumkehr. Der Fokus liegt auf der physikalisch basierten Verallgemeinerung vorhandener Schädigungsevolutionsmodelle als essenzieller Bestandteil der Vorhersage des Ermüdungsverhaltens von faserverstärkten Bauteilen. Die Art und Ausprägung von Schädigung bei zyklischer Belastung wird, unabhängig von der betrachteten Skalenebene, vor allem von der aufgeprägten Mittelspannung und Amplitude und damit von der Orientierung des variierenden Lastvektors bezüglich der Faserrichtung bestimmt. Im Forschungsvorhaben werden hierzu die Schädigungsphänomene und das Degradationsverhalten mithilfe von zyklischen Versuchen an mikroskopischen Modellverbunden, Einzelschichten und Laminaten unter Einsatz der optischen Spannungsanalyse und der in-situ-Computertomografie eingehend analysiert. Mithilfe weiterführender numerischer Analysen auf Mikroebene werden physikalisch begründete mathematische Ansätze für das veränderliche Spannungs-Verzerrungs-Verhalten bei zyklischer Belastung mit Lastrichtungsumkehr formuliert. Die erarbeiteten mathematischen Ansätze werden in das bereits für schwellende Ermüdungsbelastung bewährte FE-basierte Ermüdungs-Schädigungs-Modell des ISD implementiert. Damit wird es möglich, die derzeitige Beschränkung der bekannten Modellansätze auf zumeist einstufige und schwellende Beanspruchungen zu überwinden und einen wesentlichen Entwicklungsschritt zu einer realistischen Lebensdaueranalyse von faserverstärkten Kunststoffen bei Betriebsbeanspruchung zu leisten.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Martin Brod, M.Sc.
    Jahr: 2015
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)-Projektnummer 281870175
    Laufzeit: 01.04.2016-31.10.2019
  • Herausforderungen der industriellen Anwendung von nanomodifizierten und hybriden Werkstoffsystemen im Rotorblattleichtbau (HANNAH)
    Beim Forschungsprojekt HANNAH handelt es sich um das Anschlussvorhaben des Forschungsprojekts LENAH. In LENAH wurden Werkstoffsysteme aus den Bereichen „nanomodifizierte Werkstoffe“ und „hybride Laminate“ entwickelt, getestet und numerisch simuliert. Hierdurch konnte das hohe Potential dieser Werkstoffsysteme für die Anwendung im Rotorblattbau zunächst unter Laborbedingungen nachgewiesen werden. Demnach sind die untersuchten Werkstoffsysteme insbesondere hinsichtlich der Ermüdungsresistenz aktuell etablierten Materialien weit überlegen. Im Folgeprojekt HANNAH steht nun die (Weiter-) Entwicklung von Fertigungs- und Simulationsverfahren für diese Werkstoffsysteme für industrielle Maßstäbe im Vordergrund. Ziel ist zum einen die hervorragenden Eigenschaften der entwickelten Werkstoffsysteme auch in der Großserienproduktion zu gewährleisten sowie das mechanische Verhalten zur Beantwortung industrienaher Fragestellungen simulieren zu können. In diesem Kontext entwickelt das ISD materialspezifische Simulationsmodelle, um in Zukunft Prozesse der Materialentwicklung sowie der Bauteilauslegung für nanomodifizierte Werkstoffe und hybride Laminate kosten- und zeiteffizient auf Basis numerischer Prognosen gestalten zu können.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Christian Gerendt, M. Sc., Betim Bahtiri, M. Sc., Behrouz Arash, Dr. Ing.
    Jahr: 2019
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
    Laufzeit: 01.03.2019 – 28.02.2022
  • Acting Principles of Nano-Scaled Matrix Additives for Composite Structures (FOR 2021)
    Beim Forschungsprojekt HANNAH handelt es sich um das Anschlussvorhaben des Forschungsprojekts LENAH. In LENAH wurden Werkstoffsysteme aus den Bereichen „nanomodifizierte Werkstoffe“ und „hybride Laminate“ entwickelt, getestet und numerisch simuliert. Hierdurch konnte das hohe Potential dieser Werkstoffsysteme für die Anwendung im Rotorblattbau zunächst unter Laborbedingungen nachgewiesen werden. Demnach sind die untersuchten Werkstoffsysteme insbesondere hinsichtlich der Ermüdungsresistenz aktuell etablierten Materialien weit überlegen. Im Folgeprojekt HANNAH steht nun die (Weiter-) Entwicklung von Fertigungs- und Simulationsverfahren für diese Werkstoffsysteme für industrielle Maßstäbe im Vordergrund. Ziel ist zum einen die hervorragenden Eigenschaften der entwickelten Werkstoffsysteme auch in der Großserienproduktion zu gewährleisten sowie das mechanische Verhalten zur Beantwortung industrienaher Fragestellungen simulieren zu können. In diesem Kontext entwickelt das ISD materialspezifische Simulationsmodelle, um in Zukunft Prozesse der Materialentwicklung sowie der Bauteilauslegung für nanomodifizierte Werkstoffe und hybride Laminate kosten- und zeiteffizient auf Basis numerischer Prognosen gestalten zu können.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Christian Gerendt, M.Sc. ; Betim Bahtiri, M.Sc. (ab 1. Mai 2020)
    Jahr: 2019
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) - FKZ 0324345A
    Laufzeit: 01.03.2019 – 28.02.2022
  • Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung
    Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Erweiterung und Anwendung eines progressiven Ermüdungsschädigungsmodells für unidirektionale mehrschichtige Faser-Kunststoff-Verbunde zur Schädigungsanalyse unter variablen zyklischen Blockbeanspruchungsmustern. Der Fokus liegt dabei auf der Erarbeitung von Schädigungsevolutionsgesetzen zur präzisen Voraussage der Degradation von Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in Abhängigkeit der Lastrichtung und des Spannungsniveaus. Neben dem Einfluss von Lastreihenfolgeeffekten, sollen insbesondere die Auswirkungen von passiven Schädigungseffekten, die unter kombinierter zyklischer Zug- und Druckbeanspruchung auftreten, berücksichtigt werden. Das erweiterte Ermüdungsschädigungsmodell soll abschließend an einem Rumpfstruktursegment eines zukünftigen Passagierflugzeugs zur Ermüdungsanalyse eingesetzt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Martin Brod
    Jahr: 2020
    Förderung: Internes Projekt
    Laufzeit: seit 2020
  • Global-local thermomechanical analysis of fracture in polycrystalline silicon shells using a phase-field approach.
    Abstract: The existing works in the literature addressing damage events in PV-Modules have different drawbacks and needs for improvements. On the one hand, the lack of a computationally efficient multiscale-based framework to model progressive failure in PSWs is observed. Furthermore, a coupled thermomechanical phase-field modeling framework for shells based on the geometrically nonlinear theory which takes into account the anisotropy effects as well as the presence of residual stresses is not yet available. Thus, the present proposal aims at covering these shortcomings in a unified way and at modeling progressive failure at both the micro- and macroscale by developing a theoretically robust and computationally efficient framework. This project is carried out in a close collaboration with the Institute of Applied Mechanics of the Technische Universität Braunschweig.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Muzzamil Tariq, M.Sc.
    Jahr: 2020
    Förderung: DFG, German Research Foundation
    Laufzeit: Muzzamil Tariq, M.Sc.

Strukturen

  • Entwicklung eines Sicherheitscockpits für Segelflugzeuge (CraCpit)
    Ziel ist es, eine Crash-Nachrüstlösung aus Verbundwerkstoffen für Segelflugzeuge zu entwickeln. Eine besondere Herausforderung ist die schnelle Belastung, die ein nichtlineares viskoelastisches Schadensmodell erfordert. Die hohe Komplexität des Modells, die sich aus dem hohen geometrischen Detaillierungsgrad ergibt kommt erschwerend hinzu. Eine besondere Herausforderung bei der expliziten Berechnung stellt die Energiedissipation und die Trennung von Teilkomponenten dar. Die entwickelte und simulierte Nachrüstlösung wird in einem Großversuch an einem Segelflugzeug validiert.
    Leitung: Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
    Team: Oliver Dorn, M.Sc., Dr.-Ing. Sven Scheffler
    Jahr: 2017
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – 20E1703D
    Laufzeit: 2018-2021
  • Improved structural performance through the use of random field analysis
    The research performed within this project uses the effect of random variations in structure’s geometry and/or material to get information on local sensitivity of structures to deviations from their baseline value. This information cannot only be useful in quality assurance, by finding areas most sensitive to deviations, but can also be used to improve the design. This approach can load to an increase in structural parameters such as buckling load, fatigue life and others.
    Leitung: Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
    Team: Muzzamil Tariq, M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: SE²A excellence, Cluster of DFG
    Laufzeit: 2019-2022
  • Multistable Morphing Structures using Variable Stiffness Composites
    The research project aims at developing multistable structures with morphing capabilities. A variable stiffness composite is used which allows stiffness tailoring with much larger design space. The developed semi analytical method is validated well within a Finite element framework. In this work, the concept of static, smart and dynamic actuations are exploited on bistable laminates to reduce the snap-through requirements.
    Leitung: Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
    Team: Anilkumar P M Nair, M.Tech.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Laufzeit: 2019-2021
  • FANFOLD – Schnelle maschinell angelernte nichtlineare Rotorblattanalyse
    Konstruktionen aus Faser-Kunstoff-Verbunden sind vornehmlich leicht und dünnwandig. Unterschiedliche Halbzeuge (Materialien, Webarbeiten etc.) geben dem Konstrukteur eine Vielzahl an Möglichkeiten. Somit kann ein Bauteil bedarfs- bzw. beanspruchungsgerecht dimensioniert und hergestellt werden. Doch eben diese Dimensionierung setzt eine aufwendige Ermittlung der Materialparameter der unidirektionalen Einzelschicht voraus. Sind die Festigkeiten und Steifigkeiten zu gering, wird die Struktur zu schwer, sind diese zu hoch können kann dies in einem Versagen der Struktur enden. In einem neuartigen Ansatz soll durch maschinelles Lernen die Stuktureigenschaften des Laminates vorhergesagt werden. Durch ein Orthotropes Schädigungsmodell soll eine schnelle nichtlineare Rechnung realisiert werden. Ziel ist hier die Verkürzung der Rechen und Entwicklungszeit.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Oliver Dorn, M.Sc., Dr.-Ing. Sven Scheffler
    Jahr: 2020
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – FKZ 03EE3028A
    Laufzeit: 2020 –2023

Nanoverbundwerkstoffe

  • Wirkprinzipien nanoskaliger Matrixadditive für den Faserverbundleichtbau (FOR2021)
    Das Ziel des Projektes besteht in der Erarbeitung eines vertieften Verständnisses der Wirkmechanismen von nanoskaligen Zusätzen in duromeren Matrizes endlosfaserverstärkter Verbundwerkstoffe im Hinblick auf verbesserte matrixdominierte Verbundeigenschaften. Insbesondere wird ein sequentielles Multiskalen-Simulationsschema für die Vorhersage von mechanischen Eigenschaften entwickelt, dass von der Partikel-Matrix-Interaktion auf der Nanoebene bis zu faserverstärkten Materialein auf der Mikro-/Mesoebene reicht. Die Finite Elemente Methode und atomistische Simulationen auf Basis der Molekulardynamischen Finite Elemente Methode (MDFEM) werden kombiniert.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Atiyeh Mousavi, M.Sc., Johannes Fankhänel, Dipl.-Ing.
    Jahr: 2017
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 01.07.2017 – 31.10.2020
  • Herausforderungen der industriellen Anwendung von nanomodifizierten und hybriden Werkstoffsystemen im Rotorblattleichtbau (HANNAH)
    Beim Forschungsprojekt HANNAH handelt es sich um das Anschlussvorhaben des Forschungsprojekts LENAH. In LENAH wurden Werkstoffsysteme aus den Bereichen „nanomodifizierte Werkstoffe“ und „hybride Laminate“ entwickelt, getestet und numerisch simuliert. Hierdurch konnte das hohe Potential dieser Werkstoffsysteme für die Anwendung im Rotorblattbau zunächst unter Laborbedingungen nachgewiesen werden. Demnach sind die untersuchten Werkstoffsysteme insbesondere hinsichtlich der Ermüdungsresistenz aktuell etablierten Materialien weit überlegen. Im Folgeprojekt HANNAH steht nun die (Weiter-) Entwicklung von Fertigungs- und Simulationsverfahren für diese Werkstoffsysteme für industrielle Maßstäbe im Vordergrund. Ziel ist zum einen die hervorragenden Eigenschaften der entwickelten Werkstoffsysteme auch in der Großserienproduktion zu gewährleisten sowie das mechanische Verhalten zur Beantwortung industrienaher Fragestellungen simulieren zu können. In diesem Kontext entwickelt das ISD materialspezifische Simulationsmodelle, um in Zukunft Prozesse der Materialentwicklung sowie der Bauteilauslegung für nanomodifizierte Werkstoffe und hybride Laminate kosten- und zeiteffizient auf Basis numerischer Prognosen gestalten zu können.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Christian Gerendt, M. Sc., Betim Bahtiri, M. Sc., Behrouz Arash, Dr. Ing.
    Jahr: 2019
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
    Laufzeit: 01.03.2019 – 28.02.2022
  • Acting Principles of Nano-Scaled Matrix Additives for Composite Structures (FOR 2021)
    Beim Forschungsprojekt HANNAH handelt es sich um das Anschlussvorhaben des Forschungsprojekts LENAH. In LENAH wurden Werkstoffsysteme aus den Bereichen „nanomodifizierte Werkstoffe“ und „hybride Laminate“ entwickelt, getestet und numerisch simuliert. Hierdurch konnte das hohe Potential dieser Werkstoffsysteme für die Anwendung im Rotorblattbau zunächst unter Laborbedingungen nachgewiesen werden. Demnach sind die untersuchten Werkstoffsysteme insbesondere hinsichtlich der Ermüdungsresistenz aktuell etablierten Materialien weit überlegen. Im Folgeprojekt HANNAH steht nun die (Weiter-) Entwicklung von Fertigungs- und Simulationsverfahren für diese Werkstoffsysteme für industrielle Maßstäbe im Vordergrund. Ziel ist zum einen die hervorragenden Eigenschaften der entwickelten Werkstoffsysteme auch in der Großserienproduktion zu gewährleisten sowie das mechanische Verhalten zur Beantwortung industrienaher Fragestellungen simulieren zu können. In diesem Kontext entwickelt das ISD materialspezifische Simulationsmodelle, um in Zukunft Prozesse der Materialentwicklung sowie der Bauteilauslegung für nanomodifizierte Werkstoffe und hybride Laminate kosten- und zeiteffizient auf Basis numerischer Prognosen gestalten zu können.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Christian Gerendt, M.Sc. ; Betim Bahtiri, M.Sc. (ab 1. Mai 2020)
    Jahr: 2019
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) - FKZ 0324345A
    Laufzeit: 01.03.2019 – 28.02.2022

Materialmodellierung

  • Virtual Materials and their Validation: German-French School of Computational Engineering (ViVaCE)
    Versagensmechanismen im Druckbereich von unidirektionalen Faserverbundwerkstoffen wurden in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht. Dabei wurde die entscheidende Rolle von Faserfehlausrichtungen erkannt. Da die Druckfestigkeit von Faserverbundwerkstoffen durch stochastische Faserfehlausrichtungen bestimmt wird, ist es notwendig, deren Auswirkung auf die Festigkeitswerte im Druckbereich zu charakterisieren. Das Projekt soll in dieser Hinsicht einen Beitrag leisten. Eine probabilistische Definition der Versagensfläche, basierend auf Imperfektionen auf Mikroebene und anschließende experimentelle Validierung sind die Hauptziele des Projekts. Dies würde zu einer besseren Abbildung der Materialeigenschaften auf makroskopischen Skalen führen.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Nabeel Safdar, M.Sc., Benedikt Daum, Dipl.-Ing. Dr.
    Jahr: 2016
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft – DFG (International Research and Training Group IRTG1627)
    Laufzeit: 01.12.2016 – 30.09.2019
  • Entwicklung und Validierung einer virtuellen Prozesskette für Faserverbundbauteile unter Berücksichtigung von Imperfektionen am Beispiel einer Rotorblattkomponente (Prosim R). Hall
    Im Rahmen dieses Forschungsprojekts sollen die wesentlichen Teile der Prozesskette bei der Herstellung eines Rotorblattes numerisch simuliert und grundlegend untersucht werden. Übergeordnetes Ziel ist dabei die Reduzierung von Fehlern bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen mittels einer durchgängigen Prozesssimulation (Fertigungssimulation und strukturmechanische Simulation). Um eine Aussage über das Materialverhalten sowie das progressive Versagen zu erhalten, wird am ISD die sequenzielle Multiskalenanalyse um die Berücksichtigung der Imperfektionen erweitert. Die Ergebnisse der durchgeführten Drapier- und Harzflusssimulation stellen dabei die Eingangsinformationen dar.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Gerrit Gottlieb, M.Sc., Benedikt Daum, Dipl.-Ing. Dr.
    Jahr: 2017
    Förderung: Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329147126
    Laufzeit: 01.08.2017 – 31.07.2020
  • Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung
    Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Erweiterung und Anwendung eines progressiven Ermüdungsschädigungsmodells für unidirektionale mehrschichtige Faser-Kunststoff-Verbunde zur Schädigungsanalyse unter variablen zyklischen Blockbeanspruchungsmustern. Der Fokus liegt dabei auf der Erarbeitung von Schädigungsevolutionsgesetzen zur präzisen Voraussage der Degradation von Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in Abhängigkeit der Lastrichtung und des Spannungsniveaus. Neben dem Einfluss von Lastreihenfolgeeffekten, sollen insbesondere die Auswirkungen von passiven Schädigungseffekten, die unter kombinierter zyklischer Zug- und Druckbeanspruchung auftreten, berücksichtigt werden. Das erweiterte Ermüdungsschädigungsmodell soll abschließend an einem Rumpfstruktursegment eines zukünftigen Passagierflugzeugs zur Ermüdungsanalyse eingesetzt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Martin Brod
    Jahr: 2020
    Förderung: Internes Projekt
    Laufzeit: seit 2020

Strukturüberwachung

  • Erweiterung und Erprobung eines Schadensfrüherkennungs- und Eisdetektionssystems für Rotorblätter von Offshore Windenergieanlagen (SHM.Rotorblatt)
    Gegenstand des Projekts ist die Erforschung von Schadensfrüh-erkennungsmethoden für Rotorblätter und die Erprobung eines Schadensdetektionssystems an einem Rotorblatt unter Labor- und Realbedingungen. Hierzu werden schwingungsbasierte Verfahren verwendet und die Umgebungs- und Betriebsbedingungen einer Windenergieanlage berücksichtigt. Auf diese Weise entsteht eine mechanische Komponente. Ziel ist es diese mechanische Komponente mit einer Akustischen zu kombinieren, um die gesamte Detektionsgenauigkeit zu erhöhen und Fehldetektionen zu vermeiden.
    Leitung: Prof. Dr. Ing.-habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Stavroula Tsiapoki
    Jahr: 2011
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325388
    Laufzeit: 01.12.2011 - 30.06.2016
  • Überwachung des Suction Bucket Jackets im Offshore Windpark Borkum Riffgrund 1 (Monitoring SBJ)
    Das Forschungsprojekt “Monitoring SBJ” ist ein Verbundprojekt zwischen DONG Energy, der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM). Es basiert auf Messdaten, die mit Hilfe eines Überwachungssystems erfasst werden, welches auf dem Prototypen-fundament des kürzlich installierten Suction Bucket Jackets im Offshore Windpark Borkum Riffgrund 1 angebracht ist. Die Aufgaben des ISD umfassen die Auswertung der Schwingungsmessdaten während der Installation und des Betriebs und auf der Verbesserung eines numerischen Modells hinsichtlich der Boden-Bauwerk-Interaktion.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Nikolai Penner, M.Sc., Dipl.-Ing. Andreas Ehrmann
    Jahr: 2014
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325766A
    Laufzeit: 01.08.2014 - 28.02.2017
  • Deutsche Forschungsplattform für Windenergie (DFWind)
    Das Ziel des Projektes ist die Schaffung der Grundlagen einer Windenergieforschungs- und Entwicklungsplattform, mit der zahlreiche Themen für deren Nutzung entlang der gesamten Wirkungskette in einer bisher unerreichten Qualität bearbeitet werden können. Der Forschungsfokus liegt auf der Interaktion der Subsysteme im Gesamtsystem Windenergieanlage auch unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von zwei separaten WEA bis hin zur Wirkung auf das Verbundnetz. Das ISD wird sich hierbei auf die intelligente Messdatenanalyse, die Strukturüberwachung sowie die Berechnung gekoppelter dynamischer Systeme konzentrieren.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dr.-Ing. Tanja Grießmann, Stefan Wernitz, M.Sc., Benedikt Hofmeister, M.Eng.
    Jahr: 2016
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325936E
    Laufzeit: 01.01.2016 – 31.12.2020
    © DLR
  • Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern (MultiMonitorRB)
    Wesentliche Ziele des Projektes MultiMonitorRB sind die Entwicklung, Kombination und Erprobung von globalen und lokalen SHM-Verfahren für Rotorblätter von Windenergieanlagen. Im Sinne einer multivariaten Vorgehensweise werden verschiedene strukturmechanische und akustische Ansätze, welche unterschiedliche Kenngrößen und Schadensmerkmale erfassen können, berücksichtigt. Die SHM-Verfahren sollen eine automatisierte und zuverlässige Erkennung und Klassifizierung strukturrelevanter Schäden im frühen Stadium gewährleisten.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Marlene Bruns, M.Sc., Helge Jauken, M.Sc.
    Jahr: 2017
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324157A
    Laufzeit: 01.03.2017 – 31.12.2020
    © ISD
  • Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts (HyTowering)
    Bei weiter steigenden Turmhöhen werden zunehmend Hybridtürme aus vorgespannten Betonsegmenten und aufgesetzten Stahltürmen für Onshore-Windenergieanlagen eingesetzt. Mit der Höhe wächst das Risiko für Instabilitäten bzw. für Schäden an der Struktur. Gegenstand des genehmigten Forschungsvorhabens sind daher großformatige Versuche an Betonsegmenttürmen, an denen sowohl Bemessungsmodelle entwickelt als auch Monitoringkonzepte erprobt werden können.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Nikolai Penner, M.Sc., Benedikt Hofmeister, M.Eng.
    Jahr: 2018
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324221A
    Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
    © ISD
  • Gebrauchstauglichkeit und Komfort von dynamisch beanspruchten Holztragwerken im urbanen mehrgeschossigen Hochbau (DBH)
    Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse von Schwingungs- und Erschütterungsphänomenen im modernen, urbanen Holzbau und die Entwicklung von innovativen Methoden und technischen Empfehlungen für Planer und Projektentwickler. Zusätzlich sollen Mess- und Ergebnisdaten in digitaler Form veröffentlicht werden. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach urbanen Holzbauten, insbesondere in einem von Verkehrserschütterungen stark beeinflussten Umfeld, wird die Fragestellung nach dem Schwingungsverhalten vielgeschossiger Holztragwerke bemessungsrelevant und immer dringender. In Kombination mit der per se vorhandenen Nachhaltigkeit des Baustoffes Holz schafft eine ausreichende Planungssicherheit gleichzeitig die Voraussetzung dafür, dass mehrgeschossige Gebäude zukünftig komplett in Holzbauweise ausgeführt werden können und dadurch im Vergleich mit einer Bauweise in Stahlbeton eine deutlich nachhaltigere Variante gewählt werden kann. Im Ergebnis des Projekts werden wichtige Beiträge zur Sicherstellung schwingungsabhängiger Komforteigenschaften von Holzgebäuden erwartet.
    Leitung: Dr.-Ing. Tanja Grießmann
    Team: Benedikt Hofmeister, M.Eng.
    Jahr: 2018
    Förderung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt - Aktenzeichen 34548/01 - 25
    Laufzeit: 2018- 2021
    © iBHolz, Braunschweig
  • Qualitätsgesicherte Fließfertigung leichter UHFB-Stabelemente mittels Künstlicher Neuronaler Netze (SPP 2187)
    Gemeinsam mit dem Institut für Baustoffe forscht das ISD an einem neuartigen Herstellungsverfahren für Bauteile aus ultra-hochfestem Beton mit einer Bewehrung aus Stahlblech und Kohlenstofffasern. In einem innovativen Strangpressverfahren werden stabförmige Bauteile hergestellt, die einen Kern aus ultra-hochfestem Beton haben. Sie sind durch eine Kombination aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und Stahlblech bewehrt. Es wird ein Sensorkonzept entwickelt, welches in der Lage die, die Bauteile „ab Bauteilgeburt“ zu überwachen. Verschiedene heterogene Messdaten werden genutzt, um den Prozess des Strangpressens mithilfe eines Künstlichen Neuronalen Netzes zu steuern und zu überwachen, sodass eine gleichbleibend hohe Qualität der Bauteile gewährleistet werden kann.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Nikolai Penner, M.Sc., Dipl.-Ing. Franz Ferdinand Tritschel
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402702316
    Laufzeit: 2019 - 2022
  • Qualitätsgesicherte Fließfertigung leichter UHFB-Stabelemente mittels Künstlicher Neuronaler Netze (SPP 2187)
    Gemeinsam mit dem Institut für Baustoffe forscht das ISD an einem neuartigen Herstellungsverfahren für Bauteile aus ultra-hochfestem Beton mit einer Bewehrung aus Stahlblech und Kohlenstofffasern. In einem innovativen Strangpressverfahren werden stabförmige Bauteile hergestellt, die einen Kern aus ultra-hochfestem Beton haben. Sie sind durch eine Kombination aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und Stahlblech bewehrt. Es wird ein Sensorkonzept entwickelt, welches in der Lage die, die Bauteile „ab Bauteilgeburt“ zu überwachen. Verschiedene heterogene Messdaten werden genutzt, um den Prozess des Strangpressens mithilfe eines Künstlichen Neuronalen Netzes zu steuern und zu überwachen, sodass eine gleichbleibend hohe Qualität der Bauteile gewährleistet werden kann.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Nikolai Penner, M.Sc., Dipl.-Ing. Franz Ferdinand Tritschel
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402702316
    Laufzeit: 2019 - 2022

Akustik

  • Konzeption, Erprobung und Überprüfung von lärmarmen Bauverfahren und Minderungsmaßnahmen bei der Gründung von OWEA (Schall 3)
    Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von praxistauglichen Konzepten für einen effizienten Schallschutz beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, der die Belastungen für die marine Tierwelt minimiert. Dazu sollen Schallminderungsmaßnahmen entwickelt und erprobt werden. Vorgesehen ist die Optimierung der akustisch relevanten Parameter bei der Schlagrammung im Rahmen einer numerischen Simulation, die Optimierung von Ummantelungsmaßnahmen sowie die Erprobung und Optimierung verschiedener Blasenschleiersysteme.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Jörg Rustemeier, M.Sc., Dr.-Ing. Tanja Grießmann
    Jahr: 2007
    Förderung: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit - FKZ 0327645
    Laufzeit: 2007-2011
  • Erforschung und Anwendung von Schallminimierungsmaßnahmen beim Rammen des FINO3-Monopiles (Schall FINO3)
    Gegenstand des Forschungsvorhabens ist der prototypische Einsatz eines großen Blasenschleiers bei den Rammarbeiten zur Errichtung der Forschungsplattform FINO3 in der deutschen Nordsee. Dabei ist vorgehen, in einem kurzen Versuchsprogramm im Anschluss an den eigentlichen Rammvorgang die Wirksamkeit des Minderungskonzepts zum Schutz der marinen Umwelt vor Schallimmissionen zu untersuchen. Parallel dazu werden weitere Maßnahmen im Rahmen der ökologischen Begleitforschung durchgeführt.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Jörg Rustemeier, M.Sc., Dr.-Ing. Tanja Grießmann
    Jahr: 2008
    Förderung: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit - FKZ 0325023A
    Laufzeit: 01.01.2008 - 31.03.2009
  • Erforschung von Sonartranspondern für Offshore-Windparks und technische Integration in ein Gesamtkonzept
    Offshore-Windenergieanlagen erfordern als künstliche Unterwassergefahren-quellen eine akustische Kenntlichmachung der U-Boote durch Sonartransponder. Für diese wird gefordert auch unter ungünstigen hydro-akustischen Bedingungen und in sicherer Entfernung vom OWP ein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Zugleich müssen die negativen Einflüsse des Hydroschalls auf marine Säugetiere minimiert werden. Neben der Auslegung der Geräte entsprechend den Anforderungen der Bundesmarine wird die Abbildung der Schallausbreitung im hybriden Rechenmodell verfolgt.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Moritz Fricke
    Jahr: 2009
    Förderung: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit - FKZ 0325104A
    Laufzeit: 01.02.2009 - 31.03.2011
  • Realistische Hydroschallszenarien auf der Basis von Prognosemodellen und Monitoring für den Bau von OWPs in der deutschen Nordsee (HyproWind)
    Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines mehrstufigen numerischen Verfahrens für die Vorhersage von Rammschallimmissionen in der deutschen Nordsee. Der Schwerpunkt der Modellbildung liegt dabei nicht auf einer Quellenbeschreibung, sondern vielmehr auf einer effizienten Schallausbreitungsberechnung bis in große Entfernungen mit anschließender Visualisierung in Lärmkarten. Darüber hinaus sind hydroakustische Dauermessungen an den Forschungsplattformen FINO1 und FINO3 für die Modellvalidierung vorgesehen.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Moritz Fricke, Dr.-Ing. Tanja Grießmann
    Jahr: 2010
    Förderung: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit - FKZ 0325212
    Laufzeit: 01.09.2010 - 31.12.2013
  • Entwicklung eines Berechnungsmodells zur Vorhersage des Unterwasserschalls bei Rammarbeiten zur Gründung von OWEA: Simulationsmodelle für Schallminderungskonzepte (BORA)
    Das übergeordnete Ziel des Verbundprojekts BORA ist die Entwicklung eines Berechnungsmodells zur Vorhersage der Schallausbreitung im Wasser infolge von Offshore-Rammarbeiten. Dies beinhaltet vor allem die Modellierung der Schallausbreitung an der Quelle, die durch die Pfahlbewegung und –vibration entsteht, wie auch die Abbildung der Schallausbreitung im Wasser und im Boden sowie die Modellierung von Schallminderungskonzepten wie zum Beispiel dem Blasenschleierkonzept.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Tobias Bohne, M.Sc.
    Jahr: 2012
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325421B
    Laufzeit: 01.12.2009 - 30.11.2014
  • Von der Schallquelle zur psycho-akustischen Bewertung (WEA-Akzeptanz)
    Im Rahmen des Projektes soll ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt werden, der die physikalische Schallentstehung, -abstrahlung und -ausbreitung mit der psychoakustischen Bewertung am Immissionsort verknüpft. In Zusammenarbeit zwischen dem Industriepartner Senvion, dem IKT und dem IMUK der Leibniz Universität Hannover, soll ein akustisches Gesamtmodell entwickelt werden, das sowohl die Schallentstehung am Rotor, an WEA-Komponenten und in der Gondel, als auch die Schallausbreitung bis zum Empfänger unter realistischen atmosphärischen Bedingungen erfasst. Das Gesamtmodell beinhaltet auch die für die Akzeptanz in der Bevölkerung so wichtige psychoakustische Lästigkeitsbewertung der berechneten Schallimmissionen.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Jasmin Hörmeyer, M.Sc., Susanne Martens, M.Sc., Tobias Bohne, M.Sc.
    Jahr: 2017
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324134A
    Laufzeit: 01.04.2017 – 30.11.2020
    © ISD

Gekoppelte Dynamische Systeme

  • Innovative Wind Conversion Systems (10-20 MW) for Offshore Applications (INNWIND.EU)
    Das Forschungsprojekt mit insgesamt 27 europäischen Partnern ist Nachfolgeprojekt des UpWind Projekts, in dem die Vision einer 20MW Windenergieanlage formuliert wurde, die nur mit spezifischen, technologischen Innovationen möglich sein wird. Das globale Ziel des INNWIND.EU Projekts ist das Design einer innovativen 10-20MW Offshore-Windenergieanlage sowie die Erstellung von Demonstratoren für einige besonders kritische Komponenten.
    Leitung: Prof. Dr. Ing.-habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Jan Häfele
    Jahr: 2012
    Förderung: Europäische Union
    Laufzeit: 01.11.2012 - 31.10.2017
  • Suction Bucket-Gründungen als innovatives und montageschallreduzierendes Konzept für Offshore-Windenergieanlagen (WindBucket)
    Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens „WindBucket“ ist die Beurteilung der Machbarkeit und der Anwendungsmöglichkeiten und -grenzen sowie die Schaffung der erforderlichen Grundlagen für die Planung, Bemessung und Errichtung von Bucket-Gründungen aus Stahl und Stahlbeton in deutschen Offshore-Gebieten. Die Aufgaben des ISD umfassen den Aufbau eines multi-physikalischen Gesamtmodells der Windenergieanlage zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe der Modalanalyse sowie der transienten Berechnung unter Berücksichtigung der Boden-Bauwerk-Interaktion.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Andreas Ehrmann, Małgorzata Szałyga, M.Sc.
    Jahr: 2012
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325406B
    Laufzeit: 01.07.2012 - 30.09.2014
  • Lebensdauer - Forschung an den OWEA-Tragstrukturen im Offshore-Testfeld alpha ventus (GIGAWIND life)
    Ziel des Verbundprojekts ist die Erweiterung des in GIGAWIND alpha ventus entwickelten Bemessungskonzepts für Tragstrukturen von OWEA um wesent-liche Aspekte, die sich erst aus dem mehrjährigen Betrieb ergeben. Zu nennen sind hier sowohl die Degradationsmechanismen auf der Widerstandsseite der mit den umgebenden Medien interagierenden Tragstruktur (materielle Schädigungen von Tragstruktur und Fügestellen, Materialermüdung, Schäden der Korrosionsschutzsysteme, Kolk, Degradation des Pfahltragverhaltens) als auch die Ermittlung einwirkender Lasten aus Wellen und marinem Bewuchs.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Jan Häfele, Nikolai Penner, M.Sc., Dr.-Ing. Tanja Grießmann, Dipl.-Ing. Andreas Ehrmann, Dr.-Ing. Mahmoud M. Jahjouh
    Jahr: 2013
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325575A
    Laufzeit: 01.02.2013 - 31.01.2018
  • Integrated Research Programme on Wind Energy (IRPWIND)
    Übergeordnetes Ziel des IRPWIND Projekts ist die Förderung der Vernetzung von europäischen Forschungsaktivitäten im Bereich der Windenergie. Dies soll zu einem schnelleren Übergang zu einer kohlenstoffärmeren Wirtschaft führen und europäische Wettbewerbsfähigkeit erhalten und erhöhen. Die drei Hauptziele liegen im Bereich der Optimierung von Windfarmen durch die Modellvalidierung, auf der Reduktion von Unsicherheiten zur Steigerung der Effizienz und Zuverlässigkeit zukünftiger Anlagen und auf der Transformation des Energieversorgungssystems.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Clemens Hübler, M.Sc., Karsten Schröder, M.Sc.
    Jahr: 2014
    Förderung: Europäische Union
    Laufzeit: 01.03.2014 - 30.04.2018
  • Schwingungs- und Festigkeitsverhalten von Bauteilen mit regenerations-bedingten Imperfektionen und Eigenspannungen (TP B4 "Stochastische Strukturanalyse" des SFB 871)
    Reale Bauteile weisen regenerationsbedingte Imperfektionen (Geometrie, Material und Eigenspannungen) auf, die das Strukturverhalten maßgeblich beeinflussen. Am Anwendungsbeispiel des komplexen Investitionsguts einer Verdichterblisk, wird der Regenerationseinfluss auf die Anfahrdynamik und Lebensdauer quantifiziert. Grundlage für die notwendige probabilistische Strukturanalyse sind effiziente Berechnungsansätze. Letztlich erfolgt eine Bewertung der möglichen Regenerationspfade (konkurrierende und nichtkonkurrierende).
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Ricarda Berger (seit 2016), Dipl.-Ing. Timo Rogge (bis 2015)
    Jahr: 2014
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2010-2021
    © ISD
  • Probabilistische Sicherheitsbewertung (PSA)
    In diesem themenübergreifenden Verbundprojekt soll die für den Bemessungsprozess zentrale Frage der Versagenswahrscheinlichkeit in den aktuellen Bemessungen von OWEA geklärt werden. Hierfür werden mit Hilfe von probabilistischen Methoden Versagenswahrscheinlichkeiten für die Grenzzustände berechnet. Die vorhandenen Versagensarten der Tragstruktur werden in einer Fehlerbaumanalyse zusammengeführt und die wahrscheinlichste Versagensart sowie die resultierende Versagenswahrscheinlichkeit können bestimmt werden.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Jan Goretzka, M.Sc.
    Jahr: 2014
    Förderung: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur
    Laufzeit: 01.12.2009-30.11.2014
  • Verbundforschung zur Steigerung der Effizienz von Windenergieanlagen im Energiesystem (ventus efficiens)
    Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Steigerung der Effizienz von (Offshore-) Windenergieanlagen im Energiesystem. Obwohl diese heute mit hoher Qualität hergestellt, errichtet und betrieben werden, ist eine kontinuierliche Steigerung der Effizienz unabdingbar. Nur so können die Stromgestehungskosten noch deutlich weiter gesenkt werden. Dies ist für die Windenergie von besonderer Bedeutung, da sie in Zukunft einen wesentlichen Anteil der europäischen Stromproduktion stellen wird.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dr.-Ing. Cristian Gebhardt, Karsten Schröder, M.Sc.
    Jahr: 2015
    Förderung: Nds. Ministerium für Wissenschaft und Kultur
    Laufzeit: 01.12.2014 - 31.12.2019
    © ForWind
  • Präzises Messsystem zur berührungslosen Erfassung und Analyse des dynamischen Strömungsverhaltens von WEA-Rotorblättern (PreciWind)
    Im Rahmen des Vorhabens PreciWind wird ein mobiles thermografisches Messsystem zur kontinuierlichen Erfassung und Analyse des dynamischen Strömungsverhaltens von Rotorblättern an Windenergieanlagen (WEA) im Betrieb entwickelt. Mit dem für den Freifeldeinsatz entwickelten System kann die aerodynamische Leistungsfähigkeit laufender WEA quantifiziert und bewertet werden. Die Analyse der oberflächennahen Strömungszustände wird mit einer geometrisch hochauflösenden Infrarotkamera im langwelligen Strahlungsbereich verwirklicht. In Kombination mit einem Laserabstandsmesssystem zur Erfassung der Rotorblattdistanz und -geometrie wird das Messsystem auf einem ko-rotierenden Messsystemträger fixiert, um erstmals das Strömungsverhalten während einer vollständigen Umdrehung des Rotors zu untersuchen. Diese Anordnung ermöglicht die Kompensation der Relativbewegungen zwischen Messsystem und WEA-Rotor und ermöglicht zeitgleich eine Analyse der Strukturdynamik der WEA auf Grund von wechselnden Krafteinwirkungen innerhalb eines Rotorumlaufes. Unter Verwendung einer mobilen Stromversorgung können Messungen im Freifeld aus Distanzen von bis zu 300 m zur WEA durchgeführt werden. Das ISD verfolgt innerhalb dieses Projekts erstmalig das Konzept eines Digitalen Zwillings. Ein virtuelles Abbild der WEA wird detailgetreu konzipiert und die gesamten Messaktivitäten mit Hilfe der parametrisierten Simulationsmodelle zur effektiven Positionierung und Einstellung des neuartigen Messsystems verfolgt, sowie auftretende Ursachen von Charakteristika und Unschärfe entlang der gesamten Versuchsstrecke und Messdurchführungen mit Fokus auf strukturmechanische Aspekte untersucht. Eine Validierung der simulationsbasierten Modelle erfolgt anhand von hochwertigen Messdaten.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes, PD Dr.-Ing. habil. Cristian Guillermo Gebhardt
    Team: Daniel Schuster, M. Sc., Dipl.-Ing. (FH) Christian Hente, M.Sc.
    Jahr: 2020
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 03EE3013B
    Laufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2022
    © BIMAQ

Unschärfe

  • Fundierte Metamodellbildung stochastischer, geregelter Strukturen am Beispiel von Windenergieanlagen (MetaWind)
    Smarte Systeme, die zumeist aus dem Bereich der Kommunikationstechnik kommen und auf einer Kombination von vernetzten, regel- oder steuerbaren, sensorischen und intelligenten Teilsystemen bestehen, sind in den Medien in den letzten Jahren allgegenwärtig. Eigentlich gibt es smarte Systeme schon seit Jahren in verschiedensten Ingenieurbereichen. Im Bauingenieurwesen sind dies zum Beispiel Windenergieanlagen, die vernetzte Elemente der Mess- und Regelungstechnik aufweisen. Für eine wirtschaftliche und zuverlässige Auslegung dieser Systeme ist deren Simulation notwendig. Aufgrund des nichtlinearen, stochastischen und geregelten Verhaltens solcher Systeme kann die erforderliche Rechenleistung unwirtschaftlich hoch sein. In diesem Fall können Ersatzmodelle, sogenannte Metamodelle, zum Einsatz kommen, die das Systemverhalten approximieren. Zwar werden solche Metamodelle heutzutage bereits vielfach eingesetzt, doch ihre Genauigkeit und Effizienz sind bei komplexen Systeme bisher beschränkt oder zumindest kaum umfassend analysiert. Daher adressiert dieses Forschungsvorhaben diese Forschungslücke und entwickelt fundierte Metamodelle für Windenergieanlagen auf Basis eines umfassenden Vergleichs verschiedener Varianten.
    Leitung: Dr.-Ing. Clemens Hübler
    Team: Franziska Müller, M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Leibniz Young Investigator Grant (LUH)
    Laufzeit: 2019- 2021
    © ISD
  • Effizienzsteigerung unscharfer Strukturanalysen von Windenergieanlagen im Zeitbereich (ENERGIZE)
    Windenergie ist eine zukunftsträchtige Technologie zur Erfüllung der Ziele für den Ausbau erneuerbarer Energien. Zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit müssen Kosten gesenkt und die Zuverlässigkeit erhöht werden. Ein erfolgversprechender Ansatz hierfür ist die realitätsnähere numerische Strukturanalyse von Windenergieanlagen (WEA) unter Berücksichtigung von polymorpher Unschärfe. Unter Unschärfe ist, die Variabilität, Unvollständigkeit und Ungenauigkeit von Daten zu verstehen. Eine Möglichkeit polymorphe Unschärfe zu modellieren, ist die Verwendung von Methoden der „imprecise probability“. In der Forschung im klassischen Bauingenieurwesen werden solche Ansätze zuletzt vermehrt angewendet. Aufgrund der Komplexität von WEA, die Herausforderungen mit unbekannten und streuenden Eingangsparametern (typisch für das Bauingenieurwesen) und komplexes Regelverhalten (typisch für den Maschinenbau) vereinen, sind solche Ansätze bisher nicht zu finden. Rechenzeiten sind teilweise zu hoch und die Verwendung von Metamodellen ist aufgrund der Komplexität von WEA nur bedingt möglich. Daher werden in diesem Forschungsvorhaben zunächst geeignete Methoden der „imprecise probability“ auf ein WEA-Modell angewendet. Anschließend - hier liegt der Kern des Vorhabens – wird die Effizienz der unscharfen Analyse gesteigert, indem die Anzahl der erforderlichen Modellauswertungen reduziert wird. Dies erfolgt einerseits mit Hilfe weiterentwickelter Sensitivitätsanalysen, die unter Berücksichtigung polymorph unscharfer Parameter verwendet werden können. So kann die Anzahl der unscharfen Parameter reduziert werden. Andererseits werden Stichprobenverfahren entwickelt, die mit Methoden der „imprecise probability“ und Lastextrapolationsverfahren für WEA kombinierbar sind. Anschließend kann eine effizientere Strukturanalyse von WEA unter Berücksichtigung von polymorpher Unschärfe bei gleichzeitiger Einhaltung adäquater Rechenzeiten durchgeführt werden, sodass realitätsnähere Analysen möglich sind.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes, Dr.-Ing. Cristian Gebhardt
    Team: Dr.-Ing. Clemens Hübler
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2019 – 2022
    © ISD
  • Transdisziplinäre End-of-Life Analyse von Windenergieanlagen zur Entwicklung technisch-wirtschaftlich optimaler Nachnutzungsstrategien (TransWind)
    Die Windenergie stellt einen wichtigen Grundpfeiler für das Erreichen der Energiewende in Deutschland dar. Noch sind die Stromgestehungskosten im Verhältnis zur Marktvergütung hoch, sodass hier Entwicklungsbedarf besteht. Vor diesem Hintergrund ist die End-of-Life-Thematik von Windenergieanlagen (WEA) – d.h. die Analyse und Ausgestaltung der Zeit nach Ende der Förderung des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) bzw. nach Überschreiten der Entwurfslebensdauer – aktuell von besonderem Interesse. Zur Entwicklung technisch-wirtschaftlich nachhaltiger Strategien für Post-EEG-WEA ist eine gemeinsame und zumindest einseitig gekoppelte Betrachtung unterschiedlichster Aspekte der Strukturdynamik, Prozesstechnik, Logistik, Raumplanung und Betriebswirtschaft unabdingbar. Beispielsweise ist es nur dann sinnvoll, die betriebswirtschaftliche Machbarkeit eines Weiterbetriebs durch Retrofit zu analysieren, wenn dieser auch technisch möglich ist. Daher soll im Rahmen von TransWind ein probabilistisches, strukturdynamisches Modell einer WEA mit standortspezifischen Windsimulationen, raumplanerischen Werkzeugen und Wirtschaftlichkeitsanalysen in einem verzahnten Modellierungsansatz verbunden werden. Um die automatisierte Anwendung dieses transdisziplinären Vorgehens zu ermöglichen, soll der Modellierungsansatz zudem in einer Softwarelösung umgesetzt werden und dadurch die Vorteile der zunehmenden Digitalisierung in der Energiewirtschaft nutzen. Der Fokus des ISD liegt auf der strukturdynamischen, probabilistischen Lebensdauerberechnung.
    Leitung: Dr.-Ing. Clemens Hübler, Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Franziska Müller, M.Sc.
    Jahr: 2020
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 03EE3029A
    Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2023
    © WIV GmbH
  • VIPile – Einfluss der Vibrationsparameter auf die Installation und das Tragverhalten von Monopiles
    Die Ergebnisse der ersten beiden Auktionsrunden für deutsche Offshore-Windparks mit Inbetriebnahme von 2021 bis 2025 verdeutlichen die Notwendigkeit, weitere Kostensenkungspotenziale nutzbar zu machen, um diese zukünftigen Projekte im angestrebten Kostenrahmen realisieren zu können. Eine Möglichkeit hierzu bildet der Einsatz der Vibrationsrammung als umweltschonendes und kostengünstiges Bauverfahren zur Realisierung der weiteren Ausbaupläne für Offshore-Windenergie in Deutschland. Das Projekt VIPile verfolgt das übergeordnete Ziel mittels großmaßstäblicher Versuche und numerischer Simulationen validierte Modelle zur Prognose des Tragverhaltens für vibrierte Monopile-Gründungen zu entwickeln, um eine wirtschaftliche Bewertung zu ermöglichen und entsprechende Risiken bei der Realisierung zu reduzieren. Darüber hinaus wird zusätzlich ein vereinfachtes weniger rechenintensives, linearisiertes Boden-Bauwerk-Interaktionsmodell entwickelt, das sich zur Einbindung in die Gesamtsimulation eignet und aus den zuvor entwickelten detaillierten Modellen abgeleitet und mit Hilfe dynamischer Messungen validiert wird. Auf dem vereinfachten Boden-Bauwerk-Interaktionsmodell liegt der Fokus des ISD.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes, Dr.-Ing. Clemens Hübler
    Team: Marlene Bruns, M.Sc.
    Jahr: 2020
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 03EE3022
    Laufzeit: 01.08.2020 – 31.07.2023
    © ISD

[nicht kategorisiert]

  • Ökonomischerer Entwurf von Flugzeugstrukturen durch erweiterte und fortschrittliche numerische Bemessungsmethoden (MAAXIMUS)
    Das Ziel des MAAXIMUS Projektes ist es, einen effizienten Entwicklungszyklus einer optimierten Flugzeugstruktur aus Faserverbund zu erstellen. Dabei kommen sowohl neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Faserverbundtechnologie wie auch Fortschritte im Bereich der virtuellen Strukturauslegung zum Einsatz. Das ISD konzentriert sich dabei einerseits auf die Entwicklung von numerischen Verfahren zu Ermittlung des Einflusses von Imperfektionen auf das Stabilitätsverhalten von strukturellen Panelen. Andererseits sollen Multi-Skalen-Modelle entwickelt werden, um die Auswirkungen von Fertigungsdefekten auf die mechanischen Eigenschaften detailliert untersuchen zu können.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Steffen Czichon, Dipl.-Ing. Benedikt Kriegesmann
    Jahr: 2008
    Förderung: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Laufzeit: 2008-2015
  • Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt (LENAH)
    Um die Effizienz von Windenergieanlagen in Zukunft zu steigern bedarf es Anlagen mit möglichst großen und gleichermaßen leichten Rotorblättern, was nur in Verbindung mit modernen Faserverbundkunststoffen realisierbar ist. Unter Verwendung eigens am ISD entwickelter numerischer Methoden werden im Rahmen dieses Projekts hocheffiziente Laminatkompositionen aus GFK, CFK und Metallen identifiziert, um Rotorblätter in Zukunft belastbarer, langlebiger und leichter zu konstruieren.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Christian Gerendt
    Jahr: 2010
    Förderung: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Laufzeit: 2015-2018
  • Dynamischer Entwurf und Bemessung von hochoptimierten Leichtbaustrukturen von Flugzeugen (DAEDALOS)
    Sowohl die europäische Transportpolitik wie auch die europäische Luftfahrtindustrie sind auf sichere und umweltfreundlichere Lufttransportsysteme angewiesen, die gleichzeitig die Entwicklungs- und Betriebskosten erheblich senken. Im Rahmen des DAEDALOS Projektes soll die Umsetzung dieser Ziele durch die Implementierung von dynamischen Effekten in den Entwurfsprozess vorangetrieben werden. So sollen neue Methoden entwickelt werden, die dynamische Lastszenarien basierend auf Effekten wie dynamischem Beulen und Materialdämpfung ableiten.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dr.ir. Eelco Jansen, Dipl.-Ing. Alexander Meurer
    Jahr: 2010
    Förderung: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Laufzeit: 2010-2014
  • Druckversagen von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen -Faser-Knicken-
    Das Verständnis des Phänomens des Faser-Knickens (Fiber Kinking) ist von wesentlicher Bedeutung für die Vorhersage der Steifigkeit und Festigkeit von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter Druckbelastung. Die Initiierung und Ausbreitung von Knick-Bändern sind sehr komplexe Probleme, bei denen unterschiedliche Phänomene wie lokale (Material und geometrische) Nichtlinearitäten und lokale Instabilitäten aufeinander wirken und daher berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal das vollständige progressive Druckversagen der multidirektionalen Laminate (MD-Laminate) simuliert, bei dem mehrere komplexe Versagensmechanismen auftreten und miteinander interagieren. Faser-Knicken, Delaminationen, Faser-Matrix-Ablösung und Martixrisse können in der Simulation berücksichtigt werden.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Majeed Bishara
    Jahr: 2011
    Förderung: International Research Training Group IRTG 1627
    Laufzeit: 2011-2013
  • Mikrorisse - Ursachen und Folgen für die Langzeitstabilität von PV-Modulen (Mikro)
    Die Entstehung und der Fortschritt von Mikrorissen in Silizium-Wafern beschränkt die Lebensdauer von Photovoltaik (PV)-Modulen erheblich. Am ISD werden numerische Modelle zur Simulation von Mikrorissentstehung und -fortpflanzung in polykristallinen Silizium-Materialien entwickelt.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Roozbeh Nabavi
    Jahr: 2012
    Förderung: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Laufzeit: 2012-2016
  • Neue Bemessungsverfahren für imperfektionssensitive Raketenstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen (DESICOS)
    Um die in den nächsten Jahren geplanten Missionen der Raumfahrt unter ökonomischen und sicherheitstechnischen Aspekten zu ermöglichen, ist eine signifikante aber gleichzeitig sichere Gewichtsreduzierung heutiger Trägerraketen notwendig. Im von der EU finanzierten Forschungsprojekt DESICOS hat sich das ISD zum Ziel gesetzt, in Zusammenarbeit mit Airbus Defense and Space, der NASA und weiteren erfahrenen Partnern aus dem Gebiet der Raumfahrt, vorhandene Ansätze zu einem in der Praxis anwendbaren Bemessungsverfahren zu verbinden und weiterzuentwickeln.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Alexander Meurer
    Jahr: 2012
    Förderung: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Laufzeit: 2012-2015
  • Auslegung von Multistabile Strukturen mithilfe von Faserverbunden veränderlicher Steifigkeit
    Das Projekt setzt sich zum Ziel, moderne multistabile Strukturen zu entwickeln, die gezielt in unterschiedliche Gleichgewichtszustände gebracht werden können. Dazu kommen Faserverbunde veränderlicher Steifigkeit zum Einsatz, was eine erhebliche Vergrößerung des Bemessungsraumes zur Folge hat. Das Ziel besteht darin, multistabile Strukturen zu generieren, die maximale Verzerrungen senkrecht zur Ebene bei minimalen Durchschlagskräften aufweisen.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Ayan Haldar
    Jahr: 2013
    Förderung: DFG, IRTG 1627
    Laufzeit: 2013-2016
  • Experimentelle und numerisch analytische Erforschung des Schädigungsverhaltens von Hochleistungsfaserverbunden unter sehr hohen Belastungszyklen (SPP 1466)
    In der Windenergietechnik sowie der Luftfahrtindustrie werden Hochleistungsverbundwerkstoffe verwenden, für welche eine Betriebszeit von bis zu 30 Jahren vorgesehen ist, was wiederum bis zu 10e10 Lastwechseln entsprechen kann. Im Rahmen dieses Projekts werden sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die grundlegenden Schadensmechanismen dieser anisotropen Verbundwerkstoffe im “very high cycle fatigue” (VHCF, bis zu 10e10 Lastwechsel) Bereich zu identifizieren und beschreiben zu können.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Hinesh Madhusoodanan
    Jahr: 2013
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2013-2016
  • Dynamische und aeroelastische Analyse der intelligenten Rotorblätter mit Morphing-Hinterkante
    Ein Trend in der Windindustrie besteht in der Erhöhung des Energieertrags und der Senkung der Energiepreise durch eine Vergrößerung der Windkraftanlagen. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist die Erhöhung der Ermüdungsbeanspruchung der Rotorblätter. Das Ziel des Smart Blades Projektes ist daher, diese Ermüdungsbeanspruchungen unter Verwendung von passiven bzw. aktiven Smart Blades zu verringern. Das ISD betreibt umfangreiche Forschung zu aktiven Smart Blades mit flexiblen Hinterkanten. Der Fokus dieses Teilprojektes liegt in hochgenauen aeroelastischen Berechnungen, mit deren Hilfe die Effizienz des Konzepts aktiver Smart Blades detailliert beurteilt werden kann.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Mehdi Garmabi
    Jahr: 2013
    Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie(BMWi, FKZ 41V6730))
    Laufzeit: 2013-2015
  • Wirkprinzipien nanoskaliger Matrixadditive für den Faserverbundleichtbau (FOR2021)
    Das Ziel des Projektes besteht in der Erarbeitung eines vertieften Verständnisses der Wirkmechanismen von nanoskaligen Zusätzen in duromeren Matrizes endlosfaserverstärkter Verbundwerkstoffe im Hinblick auf verbesserte matrixdominierte Verbundeigenschaften. Insbesondere wird ein sequentielles Multiskalen-Simulationsschema für die Vorhersage von mechanischen Eigenschaften entwickelt, dass von der Partikel-Matrix-Interaktion auf der Nanoebene bis zu faserverstärkten Materialein auf der Mikro-/Mesoebene reicht. Die Finite Elemente Methode und atomistische Simulationen auf Basis der Molekulardynamischen Finite Elemente Methode (MDFEM) werden kombiniert.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Johannes Fankhänel
    Jahr: 2014
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2014-2017
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Versagen beim Clinchen von kurzfaserverstärkten Thermoplasten mit Aluminium-Blechwerkstoffen
    Im Rahmen dieses Teilprojekts im SPP1640 wird der Clinchprozess von kurzfaserverstärkten Thermoplasten und Aluminiumblechen numerisch und experimentell untersucht. Auf Basis der Finite-Element-Methode (FEM) wird das thermo-mechanische Verhalten des Kunststoffes und des Aluminiums modelliert und in ein parametrisches Gesamtmodell integriert. Über den Abgleich der Simulationen mit den experimentellen Ergebnissen hinsichtlich der Umformung und der Prüfung der Verbindungsfestigkeit soll abschließend eine Richtlinie zur Herstellung hybrider Verbindungen erstellt werden.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Aamir Dean
    Jahr: 2014
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2014-2016
  • Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt (LENAH) - Nanopartikel-Modifikation
    Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die detaillierte Modellierung von Faserverbundwerkstoffen mit nanoskaligen Matrixadditiven. Das konkrete Ziel ist die Generierung von umfangreichem Wissen über die Interaktion zwischen Nanopartikeln und der Matrix, sowie die Optimierung von erweiterten Materialmodellen zur Verbesserung der numerischen Entwicklungsmöglichkeiten. Um dies zu erreichen, werden numerische Untersuchungen mit der am ISD entwickelten MDFEM-Methode durchführt, welche es ermöglicht atomistische Simulationen mit kontinuumsmechanischen Methoden zu koppeln.
    Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Robin Unger
    Jahr: 2015
    Förderung: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Laufzeit: 2015-2018
  • Entwicklung und Validierung einer virtuellen Prozesskette für Faserverbundbauteile unter Berücksichtigung von Imperfektionen am Beispiel einer Rotorblattkomponente (Prosim R)
    Im Rahmen dieses Forschungsprojekts sollen die wesentliche Teile der Prozesskette bei der Herstellung eines Rotorblattes numerisch simuliert und grundlegend untersucht werden. Übergeordnetes Ziel ist dabei die Reduzierung von Fehlern bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen mittels einer durchgängigen Prozesssimulation (Fertigungssimulation und strukturmechanische Simulation). Um eine Aussage über das Materialverhalten sowie das progressive Versagen zu erhalten, wird am ISD die sequentielle Multiskalenanalyse um die Berücksichtigung der Imperfektionen erweitert. Die Ergebnisse der durchgeführten Drapier- und Harzflusssimulation stellen dabei die Eingangsinformationen dar.
    Leitung: Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
    Team: Gerrit Gottlieb, M.Sc.
    Jahr: 2018
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Laufzeit: 2017 - 2020
  • Ein stochastischer Multiskalen-Ansatz für die druckabhängige Schadensanalyse (Compressive-Failure-Analyse) von Verbundwerkstoffen.
    Versagensmechanismen im Druckbereich von unidirektionalen Faserverbundwerkstoffen wurden in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht. Dabei wurde die entscheidene Rolle von Faserfehlausrichtungen erkannt. Da die Druckfestigkeit von Faserverbundwerkstoffen durch stochastische Faserfehlausrichtungen bestimmt wird, ist es notwendig, deren Auswirkung auf die Festigkeitswerte im Druckbereich zu charakterisieren. Das Projekt soll in dieser Hinsicht einen Beitrag leisten. Eine probabilistische Definition der Versagensfläche, basierend auf Imperfektionen auf Mikroebene und anschließende experimentelle Validierung sind die Hauptziele des Projekts. Dies würde zu einer besseren Abbildung der Materialeigenschaften auf makroskopischen Skalen führen.
    Leitung: Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
    Team: Nabeel Safdar, M.Sc.
    Jahr: 2018
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), IRTG1627
    Laufzeit: 2016 - 2019