Institut für Statik und Dynamik Forschung Abteilung Verbunde
Entwicklung eines Sicherheitscockpits für Segelflugzeuge (CraCpit)

Die Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit von Tragstrukturen ist für die Mobilität und regenerative Energie aus technischer als auch wirtschaftlicher Sicht von zentraler Bedeutung. Entsprechend kommen dem Verständnis des Struktur- und Materialverhaltens unter unterschiedlicher Umwelteinflüssen (Temperatur, Feuchtigkeit etc.) sowie der Prognosefähigkeit von Schäden Schlüsselrollen bei der Entwicklung leichter Bauteile, zuverlässiger Anlagen und der Erzielung geringer Stromgestehungskosten zu. Dabei sind physikalisch motivierte numerische Simulationsmodelle ein wesentlicher Bestandteil des Entwicklungsprozesses von nachhaltigen Tragstrukturen. Um die Effizienz der Simulationsmodelle zu erhöhen und somit den Anwendungsbereich zu erweitern, werden Reduktionsmethoden und maschinelles Lernen herangezogen. Die Abteilung Verbunde vereint die Begriffe Nachhaltigkeit, Nutzungsdauer und Methodeneffizienz. Die wissenschaftlichen Arbeiten gliedern sich in die folgenden Hauptforschungsfelder:

Composite Materials

In der Composite Materials Gruppe werden neuartige und detaillierte Simulationsmodelle entwickelt. Dabei werden hier Materialgesetze und Versagensmodelle von Faserverbunden und Nanoverbunden auf unterschiedlichen Skalen von der Nano- bis zur Mesoskala entwickelt. Auf Nanoebene kommen atomistische Simulationsmethoden zum Einsatz, um die atomare Bestandteile molekulardynamisch zu modellieren, während auf Mikro- und Mesoebene physikalisch motivierte konstitutive Materialmodelle entwickelt und in einem Finite Elemente Framework integriert werden. Die Materialmodelle berücksichtigen dabei unter anderem nichtlineare Viskoelastizitäten, Viskoplastizitäten, Schädigungen und unterschiedliche Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperatur. Zusätzlich wird in der Gruppe Materials auch vermehrt auf maschinelles Lernen gesetzt, welches unsere Materialmodelle verbessert und gleichzeitig für einen Erhöhung der Effizienz sorgt.

Composite Structures

Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Stabilitätsanalyse und der dynamischen  Analyse von schlanken und dünnwandigen Strukturen.  Ein zweites Thema ist die Ermüdungsanalyse von Faserverbundstrukturen. Wichtige Aspekte in dieser Arbeitsgruppe  sind probabilistische Analyse und Modellreduktion.

Eine zyklische Simulation des Deep-Learning models in FEM. Das Deep-Learning model wurde mithilfe eines viskoelastische-viskoplastischen Materialmodells trainiert und in einer Finite Elemente Umgebung implementiert. Zur Erfassung des viskoelastischen-viskoplastischen Verhaltens, wurden "Long Short Term Memory Networks" eingesetzt. cauchy_xx: Cauchy Spannungen in X-Richtung
Eine Übersicht der implementierten "Autonomous Basin Climbing" Methodik in einer atomistischen Simulation zur Überbrückung der Zeitskala von der atomaren zur experimentellen Skala für die Feuchtigkeitsdiffusion von Wasser im Epoxidharzsystem. Validierung des Diffusionskoeffizienten mithilfe von experimentellen Daten.

aktuelle Forschungsprojekte

Entwicklung eines Sicherheitscockpits für Segelflugzeuge (CraCpit)

Leitung:  Prof. Dr-Ing habil. Raimund Rolfes
Team:  M.Sc. Christian Rolffs, Dr.-Ing. Sven Scheffler
Jahr:  2017
Förderung:  Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – 20E1703D
Laufzeit:  2018-2021