Page 68 - ITM Jahresbericht 2021

Jahresbericht 2021

Simulationsgestützte Entwicklung textiler Strukturen und Prozessketten
für Hochleistungswerkstoffe

Simulation-based development of textile structures and process chains for
high-performance materials

• Strukturmodellierung von Garnen und Textilien auf Mikro-, Meso- und Makroskala für Anwendungen
u. a. in Medizintextilien, Faserverbundstrukturen, Betonbewehrungen oder Textilmembranen /
Structural modelling of fabrics on the micro-, meso- and macro-scale for applications in medical textiles, fiber-
reinforced composite structures, concrete reinforcements or textile membranes
• Prozesssimulation textiler Fertigungsprozesse und Umformvorgänge / Process simulation of textile
manufacturing processes and forming operations
• Struktursimulation Technischer Textilien zur virtuellen Bestimmung der strukturmechanischen
Eigenschaften und Auslegung der textilen Werkstoffe / Structural simulation of technical textiles for virtual
determination of the structural-mechanical properties and design of textile materials
• Aufbereitung der Ausgangsinformation für weitere Strukturanalyse des Verbundbauteils / Preparation
of the input information for further structural analysis of the composite component

Das ITM ist in den Bereichen numerische Modellie- von 40 mm dargestellt. Die Unterschiede im Versa-
rung und Simulation von textilen Halbzeugen und gensverhalten bei unterschiedlichen Probenlängen
textilverstärkten Verbundwerkstoffen sowie textilen – Delamination durch interlaminare Scherspannung
Fertigungsprozessen aktiv. Es wurden und werden vs. Faserbruch im Steg – können mit dem Modell
zahlreiche Projekte durch numerische Modellierung sehr gut abgebildet werden.
unterstützt und Modelle auf verschiedenen Skalen
vom Garn, über das textile Halbzeug bis zum Ver- Am ITM wird die Webtechnologie zur integralen Fer-
bundwerkstoff erfolgreich entwickelt, validiert und tigung von Abstandsstrukturen für Leichtbaupa-
angewendet. Einige aktuelle Projekte seien hier stell- neele weiterentwickelt (IGF-Projekte 20245 BR und
vertretend vorgestellt. 21856 BR). Dabei werden gezielt profilierte Schuss-

Simulation einer Schale-Rippen-Struktur aus FKV mit gestrickter Verstärkung im 3-Punkt-Biegeversuch / Simulation of
3-point bending test of rib-stiffened composite structures with knitted reinforcement

Im IGF-Projekt „Komplexe 3D-SchalProf-MLG“ (IGF fäden aus Metall oder Faserverbundmaterial bzw.
20793 BR) wird ein flachstricktechnisches Verfah- räumlich aufgefaltete Papierbänder formschlüssig
ren zur integralen Herstellung neuartiger rippen- zwischen gewebte Decklagen eingebunden. Diese
verstärkter schalenförmiger Verstärkungsstruktu- integral hergestellten Sandwich-Paneele bieten ein
ren aus Hochleistungsfasern weiterentwickelt. Um hohes Leichtbaupotenzial und eine hohe Material-
komplexe 3D-Schale-Rippen-Geometrien in mit- effizienz. Abstandsgewebe mit diagonalen Polfä-
tels Stricktechnik umsetzbare 2D-Bauteilkonturen den in Kett- und Schussrichtung steigern die Stabi-
mit lastgerechter Verstärkungsfadenanordnung zu lität gegenüber Druck und Schub. Die Entwicklung
überführen, wird ein Simulationstool entwickelt. erfolgt simulationsgestützt, um lange Trial-and-Error
Die mehrlagigen, gestrickten Verstärkungsstruktu- Entwicklungszeiten zu vermeiden. Beispielhaft sind
ren werden mit einem Mesoskalen-Ansatz model- in den Bildern die Simulation von Biege-Versuchen
liert, d. h. die Gestrickstruktur wird auf der Garn- dargestellt.
ebene abgebildet. Mit der Kopplung des textilen
Modells mit einem Modell der Matrix entsteht das Das ITM entwickelt im Projekt „Yarn-Engineering“
Verbundmodell. Die Auslegung der textilen Struktu- (IGF 21004 BR) Hybridgarne für anforderungsge-
ren erfolgt durch die Simulation der Verbundprüfun- rechte thermoplastische Composites mit herausra-
gen. Beispielhaft ist in der Abbildung das Ergebnis genden, skalierbaren Steifigkeits-, Festigkeits- und
eines 3-Punkt-Biegeversuches bei einer Rippenhöhe Impacteigenschaftskombinationen auf Basis von

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