Page 54 - ITM Jahresbericht 2022

Jahresbericht 2022

Struktur- und Prozesssimulation am ITM
Structure and Process Simulation at ITM

• Struktursimulation textiler Strukturen auf der Mikro-, Meso- und Makroebene für Anwendungen u. a.
in Medizintextilien, Faserverbundstrukturen, Betonbewehrungen oder Textilmembranen / Structural
simulation of textile structures on the micro-, meso- and macro-scale for applications in medical textiles, fibre-
reinforced composite structures, concrete reinforcements or textile membranes
• Prozesssimulation textiler Fertigungsprozesse, z. B. Webprozesssimulation/ Process simulation of textile
manufacturing processes, e.g. weaving process simulation
• Aufbereitung der Ausgangsinformation für weitere Strukturanalyse des Verbund- oder Betonbauteils/
Preparation of the input information for further structural analysis of the composite or concrete component

Das ITM ist in den Bereichen numerische Modellie- Im IGF-Projekt „Tailored 3D-Weaves“ werden simu-
rung und Simulation von textilen Halbzeugen und lationsgestützt Strukturen und Technologien zur
textilverstärkten Verbundwerkstoffen sowie textilen verschnittfreien Herstellung gewebter, endkon-
Fertigungsprozessen aktiv. Es wurden und werden turgerechter 3D-Preformen mit komplexer Kontur
zahlreiche Projekte durch numerische Modellierung aus Hochleistungsfasern hoher Feinheit für Faser-
unterstützt und Modelle auf verschiedenen Skalen verbundbauteile entwickelt. Bei der im Projekt
vom Garn, über das textile Halbzeug bis zum Ver- umgesetzten Kettfadenanordnung mittels Doppel-
bundwerkstoff erfolgreich entwickelt, validiert und flachstahllitzen liegen die Kettfäden senkrecht über-
angewendet. Einige aktuelle Projekte seien hier stell- einander, wodurch dicke Gewebe schädigungsarm
vertretend vorgestellt. gefertigt werden können. Um die Fadenzugkräfte zu
ermitteln, wird der Webvorgang in einem Prozess-
Einer der begrenzenden Faktoren für die Drapier- modell abgebildet. Dazu werden die Gewebebin-
barkeit von Textilien ist die Dehnbarkeit der Endlos- dungen in ein Mesoskalen-Modell transferiert und
fasern, weshalb das Drapieren von Textilhalbzeu- die relevanten Maschinenteile (Webblatt und Litzen)
gen für komplexe Geometrien fehleranfällig ist. Im modelliert. Es werden sowohl gleiche Bindungen mit
von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterschiedlichen Fadenspannungen als auch unter-
geförderten Projekt „Analyse der Verformungsme- schiedliche Bindungen simuliert.
chanismen von Geweben auf Basis von rCF-Stapel-
fasergarnen für duroplastische Verbundanwendun-
gen“ werden aus rCF-Stapelfasern Garne entwickelt,
die in duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden
(FKV) zum Einsatz kommen sollen. Die entwickelten
friktionsgesponnenen Garne weisen aufgrund von
Gleitmechanismen zwischen den Fasern deutlich
höhere Garndehnungen auf. Es werden mikrome-
chanische Finite-Elemente-Modelle der Garne mit
Hilfe von Balkenelementen erstellt. Die Monte-Carlo-
Methode wird verwendet, um lokale Variabilitäten in
den Garnen zu modellieren. Die Modelle werden ver-
wendet, um das Garnverhalten unter Verformung zu
simulieren und den Einfluss verschiedener Prozess-
parameter zu untersuchen. Für das Zugverhalten Web-Prozesssimulation für ein Mehrlagengewebe/
der Garne wird dabei eine gute Korrelation erzielt. Weaving process simulation of a multilayer woven fabric
Später werden Gewebe aus diesen Garnen herge-
stellt und Mesoskalen-Modelle erstellt, um das Dra- Im IGF-Projekt „Partiell fließfähige 2D-Textilstruktu-
pierverhalten daraus hergestellter Gewebe zu ana- ren“ werden funktionalisierte Hybridgare auf Sta-
lysieren. pelfaser- und Endlosfilamentbasis und daraus her-
stellbare, partiell fließfähige 2D-Textilstrukturen
entwickelt. Daraus werden dann direkt thermoplas-
tische FKV-Bauteile gefertigt. Zur Simulation der
Strukturen wurde ein FEM-Modell entwickelt. Für
die Matrix wurde ein elastisch-plastisches Material-
modell implementiert. In Anlehnung an experimen-
telle Daten aus 3-Punkt-Biegevesuchen von kon-
Spannungen in den Fasern eines rCF DREF-Garns / solidierten Proben wurde die Bruchdehnung der
Stresses within the fibers of an rCF DREF yarn Verstärkungsfäden so kalibriert, dass die Kraft-Ver-
formungs-Kurven zwischen Experiment und Simula-

52