GeoDict für Konstruktionswerkstoffe

Konstruktionswerkstoffe

Konstruktionswerkstoffe werden in einer Vielzahl von Anwendungen zur Herstellung von Produkten mit unterschiedlichen Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe eingesetzt. Am wichtigsten ist in der Regel die mechanische Belastbarkeit, aber auch Eigenschaften wie thermische und elektrische Leitfähigkeit oder thermische Ausdehnung sind häufig von Bedeutung. Sowohl bei der Werkstoff- als auch bei der Bauteilentwicklung spielt die Kenntnis dieser Eigenschaften daher eine große Rolle.

GeoDict® bietet hier maßgeschneiderte Lösungen zur Analyse von Verbundwerkstoffen, Keramiken, Metallen und Schäume. Auch andere Werkstoffe, wie zum Beispiel Kunststoff oder Baustoffe können in GeoDict® analysiert werden. Gerne stehen wir Ihnen für weitere Informationen zur Verfügung!

GeoDict Simulationen für die Entwicklung von Konstruktionswerkstoffen

Verbundwerkstoffe tragen in aktuellen Entwicklungen entscheidend zur Funktionsverbesserung und Leichtbaugüte bei. Aufgrund stetiger Weiterentwicklung und Verbreitung ist ihre Anwendung nicht mehr auf die Luft- und Raumfahrt beschränkt.

Faserverstärkte Kunststoffe sind aus der Sport- und Freizeitindustrie, dem Transportsektor, der Windenergie oder dem Bauwesen ebenso nicht mehr wegzudenken. Der technische Fortschritt verlangt nach Werkstoffen mit hohen Steifigkeiten und Festigkeiten bei gleichzeitig geringer Werkstoffdichte. Aufgrund ihrer Inhomogenität besitzen Verbundwerkstoffe deutlich komplexere Werkstoffeigenschaften als homogene Werkstoffe wie beispielsweise Stahl.

Die zumeist anisotropen Eigenschaften erfordern einen erheblichen Mehraufwand zur experimentellen Bestimmung der mechanischen Kennwerte als isotrope Werkstoffe. Aufgrund der stark unterschiedlichen Steifigkeiten der Komponenten und der Anisotropie weisen Verbundwerkstoffe ebenfalls ein sehr komplexes Bruchverhalten auf, welches auch experimentell nur mit sehr viel Aufwand erfasst und analysiert werden kann.

Gleiches gilt für die experimentelle Bestimmung fertigungsrelevanter Parameter wie beispielsweise der Permeabilität. Die Permeabilität des nicht infiltrierten Laminats wird für adäquate Füllsimulationen benötigt, um eine vollständige Imprägnierung des Bauteils zu gewährleisten.

Die Permeabilität kann nur in sehr aufwendigen Experimenten bestimmt werden und ändert sich bei einer Modifikation des Lagenaufbaus.

Durch digitales Materialdesign verringern Sie die Anzahl der notwendigen Prototypen und sparen so Zeit und Kosten.

Die digitale Revolution für Verbundwerkstoffe

Das digitale Materiallabor GeoDict bietet eine benutzerfreundliche Komplettlösung zur Entwicklung maßgeschneiderter Verbundwerkstoffe.
So können µCT gescannte Materialproben in die Software importiert und die geometrische Beschaffenheit wie beispielsweise Faserorientierung oder Faserdurchmesser bestimmt werden.
Auf Basis dieser digitalisierten Mikrostruktur können die makroskopischen Werkstoffeigenschaften des Verbundes berechnet werden. Hierfür stehen eine Vielzahl selbstentwickelter Löser für beispielsweise Strukturmechanik oder Strömungsmechanik zur Verfügung.
Ebenfalls bietet GeoDict® verschiedenste integrierte Module um eigene Mikrostrukturen zu modellieren und zu berechnen. Hierdurch können zeit- und kostenintensive experimentelle Iterationsschleifen vermieden und nur noch die vielversprechendsten Materialprototypen gefertigt und getestet werden.

Digitalisierung eines Motorträgers aus PA66-GF50

Schäume haben eine Reihe herausragender Eigenschaften, aufgrund derer sie für vielfältige Anwendungen genutzt werden:

  • Hartschaumstoffe, die z. B. aus PMI (Polymethacrylimid) oder PET (Polyethylenterephthalat) hergestellt und zusammen mit Verbundwerkstoffen zu Sandwichbauteilen verarbeitet werden, spielen aufgrund ihrer geringen Dichte im Leichtbau eine wichtige Rolle und sind seit langem in Industriezweigen wie der Luftfahrt etabliert.
  • Aus Partikelschäumen wie expandiertem Polystyrol (EPS) oder expandiertem Polypropylen (EPP) können Formteile hergestellt werden, die beispielsweise in der Verpackungsindustrie ihren Einsatz finden.
  • Einige Schaumstoffe wie EPP oder metallische Schäume eignen sich aufgrund ihrer hohen Energieaufnahme außerdem zur Verwendung in Crash-Absorbern.
  • Da Schäume infolge ihres zellulären Aufbaus zu einem großen Teil aus Luft bestehen, sind sie außerdem ein klassischer Dämmstoff.

Um die Kennwerte aller Eigenschaften von Schäumen zu bestimmen, ist jedoch ein immenser Aufwand nötig. Sollen Parameter wie etwa die Zellgrößen, die Wandstärken der Zelle oder die Zellverteilung geändert werden, so ist dies im Herstellungsprozess nur schwierig oder ohne größere Anpassungen gar nicht umsetzbar.

Digitales Materialdesign mit GeoDict® ermöglicht es, alle Parameter vor der Fertigung zu bearbeiten und hinsichtlich der Anforderungen an den Schaum zu optimieren. Nur die vielversprechendsten Konfigurationen werden anschließend als Prototypen hergestellt und stehen so für weitere Validierungstests zur Verfügung.

Durch digitales Materialdesign verringern Sie die Anzahl der notwendigen Prototypen und sparen so Zeit und Kosten.

Die digitale Revolution für Schäume

Das digitale Materiallabor GeoDict® bietet eine benutzerfreundliche Komplettlösung zur Entwicklung maßgeschneiderter Schäume. So können Materialproben in einem µCT gescannt und die Daten anschließend in die Software importiert werden. Dort ist dann eine Analyse der geometrischen Eigenschaften, wie z. B. der Zellgröße und Zellgrößenverteilung möglich. Wenn keine Scans verfügbar sind, dann können komplexe Mikrostrukturen direkt in FoamGeo und GrainGeo erzeugt werden.

Auf Basis dieser digitalisierten Mikrostruktur können die makroskopischen Werkstoffeigenschaften des Schaumes berechnet werden. Zu diesem Zweck stehen eine Vielzahl selbstentwickelter leistungsfähiger Löser beispielsweise für Strukturmechanik, Leitfähigkeiten oder Strömungsmechanik zur Verfügung.

Das GeoDict® Paket für Konstruktionswerkstoffe

GeoDict gibt Einblicke in die Mikrostruktur des Werkstoffes, welche durch konventionelle Werkstoffprüfungen nicht gegeben werden können und beschleunigt somit den Entwicklungsprozess entscheidend.

GeoDict wird für die Generierung von Konstruktionswerkstoffe und die Simulation und Vorhersage von Parametern zur Verbesserung und Design von Konstruktionswerkstoffe eingesetzt:

  • Erstellung komplexer Materialien, einschließlich kurz-, lang-, und endlosfaserverstärkte Kunststoffe, komplexe Laminate, Schäume, Keramiken, Metalle, Sandwichstrukturen, Vliesstoffe und Gewebe, faserverstärkte Keramiken, Hybridmaterialien, Schichtstoffe.
  • Erstellung von Vlies-, Schaum-, Gewebe-Mikrostrukturen und Körnermikrostrukturen mit FiberGeo, FoamGeo, WeaveGeo und GrainGeo.
  • Import von Strukturen mit ImportGeo: Mikrostrukturen aus z. B. µCT- und FIB-SEM-Datensätzen, Geometriedaten und Netze aus CAD-Dateien.
  • Geometrische Analyse mit FiberFind: Faserorientierungsanalyse, Faserdurchmesserverteilung, Faservolumengehalt, Faserkrümmung; Identifizierung von Einzelfasern und Faserlängenverteilung durch Künstliche Intelligenz (KI).
  • Mechanische Simulation mit ElastoDict: Berechnung des Steifigkeitstensors, des Versagensverhalten und der Festigkeit, Implementierung von benutzerdefinierten Materialmodellen (UMAT), Schnittstelle zu anderer CAE-Software, Bestimmung des effektiven Wärmeausdehnungstensors. Durchführung digitaler Experimente ohne Verfälschung der Ergebnisse durch den Versuchsaufbau.
  • Strömungssimulation mit FlowDict: Berechnung des richtungsabhängigen Permeabilitätstensors, Untersuchung des Einflusses von bspw. Faservolumengehalt oder Injektionsdruck auf die Permeabilität.
  • Leitfähigkeitssimulation mit ConductoDict: effektiver elektrischer Leitfähigkeitstensor, effektiver thermischer Leitfähigkeitstensor, Kontaktwiderstände.
  • Schnittstellen zu anderen Simulationsprogrammen mit ExportGeo: Export von vernetzten Objekten, Export von Steifigkeits-, Temperatur- und Strömungsfeldern, Export von UMAT State Variables.
  • Produktivitätssteigerung durch Automatisierung von Simulationsaufgaben mit GeoPython oder GeoLab (Matlab): Optimierungsprobleme, Parameterstudien, Einzelvariablen-Studien, Robustheitsanalysen.
  • Benutzerdefiniertes Postprocessing mit GeoDexcel (Excel), GeoPython oder GeoLab

Modulempfehlungen
Schnittstellen ImportGeo-Vol ImportGeo-CAD ExportGeo-CAD ExportGeo-Abaqus GeoDexcel GeoPython & GeoLab
Materialdesign* FiberGeo WeaveGeo GrainGeo PaperGeo FoamGeo GridGeo
Materialanalyse* FiberFind ElastoDict ConductoDict FlowDict AcoustoDict PoroDict & MatDict

* Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.