Forschungsschwerpunkte

Leichtere Fahrzeugstrukturen ermöglichen umweltfreundlichere Mobilität. Durch den Einsatz von Hochleistungs-Faserverbundkunststoffen (HL-FVK) lässt sich das Gewicht tragender Bauteile erheblich reduzieren. Tragende FVK-Bauteile können aber nur dann gewichtsoptimiert ausgelegt werden, wenn die Anisotropie der Fasern voll ausgenutzt wird und wenn die Einflüsse der Herstellung auf das Materialverhalten richtig erkannt und berücksichtigt werden. Um die Simulierbarkeit von HL-FVK zu erhöhen, widmet sich die YIG den folgenden Forschungsthemen:

• Entwicklung durchgängiger CAE-Ketten. Im Zuge des globalen Trends der Digitalisierung sind durchgängige CAE-Ketten und digitale Zwillinge ein klarer Wettbewerbsvorteil bei der Produktentwicklung. Die Herausforderung liegt vor allem in der Kombination aus effizienter Produkt-Gesamtbetrachtung (für industrielle Anwendbarkeit) und notwendiger Detailmodellierung.

• Umformsimulation von Faserhalbzeugen. Mit den Umformsimulationsmethoden hat die YIG internationale Sichtbarkeit erreicht. Aktuelle Forschungsthemen betreffen die makroskopische Erfassung mesoskopischer Effekte von Fasergelegen, das Umform- und Kompaktierverhalten dicker Halbzeuge und das Umformverhalten unter gleichzeitiger Infiltration im Nasspressverfahren.

• Formfüllprozesse mit Faser-Matrix-Interaktion und Hybridisierung. Prozessinhärente Wechselwirkungen zwischen Fasern und Matrixströmung sind eine Herausforderung für die Simulation. Bei der Simulation des Nasspressverfahrens, der Formfüllung von Sandwichstrukturen mit Fluid-Struktur-Interaktion und der skalenübergreifend Simulation von RTM-, Spritzguss- und Fließpressprozessen kommt der YIG eine Vorreiterrolle zu. Aktuelle Forschungsthemen betreffen zusätzlich die Simulation additiver Fertigungsprozesse sowie die Simulation hybrider Prozesse, mit besonderem Fokus auf Verzug und Eigenspannungen.

• Struktursimulation von Faserverbundbauteilen. Bei der Struktursimulation liegt der Forschungsfokus der YIG auf dem Einfluss von Fertigungseffekten. Um den Einfluss der Faserstruktur auf das ratenabhängige Materialverhalten zu untersuchen, werden Multiskalensimulationen durchgeführt. Im DFG-SPP 1897 werden Modelle für hybride Composite-Elastomer-Metall-Laminate entwickelt, u.a. mit Schalenformulierungen höherer Ordnung. 

• Prozess- und Strukturoptimierung für Leichtbauprodukte. Zusätzlich zur Berücksichtigung von Fertigungseffekten ermöglicht die CAE-Kette eine Optimierung über mehrere Simulationsschritte. Für die Produktoptimierung sind hochgenaue Simulationsmethoden jedoch i. Allg. zu aufwendig. Zur Effizienzsteigerung können KI-Methoden, physikalisch-basierte Approximationsmethoden oder eine Kombination aus beiden (black-, white-, grey-box Modelle) eingesetzt werden. In der YIG werden Surrogat-basierte Optimierungsansätze (SBO) für Umformprozesse und Methoden zur schnellen Prozessbewertung entwickelt.

Förderung der YIG durch die Vector Stiftung

Für die Förderung der Young Investigator Group bedanken wir uns herzlich bei der Vector Stiftung. Die Stiftung wurde 2011 von den Firmengründern der Vector Informatik GmbH, Eberhard Hinderer, Martin Litschel und Dr. Helmut Schelling, gegründet. Stiftungszwecke sind die Nachhaltigkeit der Forschung sowie soziales Engagement. Durch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, durch Stipendien, Forschungsprojekte und Stiftungsprofessuren werden Talente unterstützt. Dabei wird ein Schwerpunkt auf das Thema umweltfreundliche und nachhaltige Mobilität gelegt.

Unter dem Leitgedanken „Green Mobility“ erhielt Frau Prof. Dr.-Ing. Luise Kärger für das Forschungsthema „Gewichtsoptimierte Fahrzeugstrukturen durch maßgeschneiderte Hochleistungsfaserverbunde“ den Zuschlag für die Förderung durch die Vector Stiftung.
Frau Prof. Dr.-Ing. Kärger leitete somit ab 1. Juli 2014 die Nachwuchsforschungsgruppe „Green Mobility“ am Lehrstuhl für Leichtbautechnologie. Nach der YIG „Hybrider Leichtbau“ von PD Dr.-Ing Kay Weidenmann, die in den Jahren 2007-2011 aus Mitteln der Exzellenzinitiative gefördert wurde, widmete sich damit eine zweite Nachwuchsgruppe dem Forschungsgebiet Leichtbau.

Unser herzlicher Dank gilt auch der KIT-Stiftung, die uns die Mittel aus den Spenden der Vector Stiftung bereitstellt und deren Fundraisingaktivitäten die YIG überhaupt möglich gemacht haben.