Modelle & Simulation

Modelle & Simulation stellen in unserer ganzheitlichen Material-, Werkstoff-, Verfahrens- & Bauteilentwicklung einen wesentlichen Entwicklungsbaustein dar. Zur sicheren und effizienten Überwachung von Bauteilen und Konstruktionen sind sensorbasierte Modelle und Simulationen wertvolle Hilfsmittel. Wir arbeiten an Analyse und Beantwortung multiphysikalische Problemstellungen und nutzen dafür numerische Modelle und Methoden der technischen Mechanik (Kinetik, Dynamik, Kontinuumsmechanik), der Strömungsmechanik und Wärmeübertragungs-simulationen. Die Validierung und Kalibrierung der Prognosemodelle erfolgt dabei durch Experimente an Prototypenmodellen oder durch die Beobachtung realer Systeme und deren Abgleich mit den Simulationsergebnissen.

Ihre Ansprechpartner
Prof. Dr. rer. nat. Tom Lahmer +49 (3643) 564170 tom.lahmer@mfpa.de
Dipl.-Ing. Heiko Beinersdorf +49 (3643) 564409 heiko.beinersdorf@mfpa.de

Modellbasierte Identifikation von Materialkennwerten

Simulation Wellenausbreitung im Festkörper

Experimentelle Untersuchungen an großen oder schwer zugänglichen Bauwerks­strukturen sind in der Regel zeitaufwendig, kostspielig und oft auch mit Nutzungs­einschränkungen während der Installations- und Messphasen verbunden. Hierbei wirkt der Einsatz von Simulations­software unterstützend, um anhand numerischer Modelle Eigenschafts­parameter und Modellkennwerte zu ermitteln. Idealerweise können aufbauend auf den Simulations­ergebnissen auch Rückschlüsse auf optimale Mess­anordnungen gezogen und für die experimentellen Versuche gewinnbringend genutzt werden.

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Mikrostrukturbasierte Modellierung und Simulation von Werkstoffen

Zahlreiche Werkstoffe, darunter Beton, Holz und Asphalt, aber auch die Metalle, weisen ein hetero­genes Gefüge auf, welches sich auf verschiedenen Beobachtungs­skalen auflösen lässt. Die makro­skopischen Eigen­schaften der Materialien werden dabei durch die jeweilige spezifische Mikro­struktur bestimmt. Dies motiviert die Anwendung mikro­struktur­basierter Vorhersage­modelle, die das makro­skopische Material­verhalten ausgehend von mikro­strukturellen Charakteristika abschätzen. Für die Kalibrierung und Validierung dieser Multi­skalen­modelle ist es erforderlich, skalen­übergreifende experimentelle Unter­suchungen durchzuführen.

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Daten- & modellbasierte Prozess-Simulation

Mit den aktuellen Entwicklungen der Industrie 4.0 wird sich die durch­gehende digitale Modellierung von Wert­schöpfungs­ketten in allen Industrie­bereichen durchsetzen. Neue Produktions­verfahren zur Herstellung funktio­nalisierter Materialien und Bauteile, die Vorher­sage der Aus­wirkungen neuer Fertigungs­verfahren auf die Werkstoff- und Produkt­eigenschaften sowie die adaptive Steuerung der Fertigungs­prozesse, um damit bestimmte Eigenschaften der Komponenten gezielt einzustellen, verlangen nach neuen Methoden und Modellen für Prognose­zwecke und zur Überwachung und Qualitäts­kontrolle.

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Charakterisierung & Funktionalisierung von Werkstoffen und Bauteilen

Das makro­skopisch beobachtbare Material­verhalten der meisten Werkstoffe wird durch die jeweilige spezifische Mikro­struktur bestimmt. Die mikrostrukturellen Besonder­heiten bilden sich in Abhängigkeit von den Herstellungs­bedingungen, aber auch für verschiedene Material­zusammen­setzungen charakteristisch aus und sind daher produktions- und material­spezifisch zu erfassen. Demzufolge sind geeignete Untersuchungs­methoden zu entwickeln, um die mikro­strukturellen Charakteristika zu ermitteln, die Auswirkungen auf die Eigen­schaften des Gesamt­systems besitzen. Aus den dadurch gewonnenen Ergebnisse könnten Erkenntnisse für ein mikrostrukturbasiertes Material­design gewonnen werden, die in eine anwendungs­gerechte Funktio­nalisierung von Werk­stoffen und Bauteilen münden können

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Additive Fertigung von Metallen, Keramiken und Kunststoffen mittels Composite Extrusion Modelling (CEM)

Additive Fertigungs­verfahren haben zunehmend Einzug in die Herstellung von technischen Systemen und Kompo­nenten gehalten. Seit 2019 ist das innovative CEM- Verfahren (Composite Extrusion Modeling) an der MFPA verfügbar und besteht aus der Maschine ExAm 255 (AIM3D) für die additive Form­gebung und der 2021 ergänzten Entbinder- und Sinteranlage Fusion Factory extended (XERION BERLIN LABORATORIES). Das material­offene Verfahren ermöglicht bislang die Form­gebung von Kunststoff-, Metall- und Keramik­granulaten und kann auf weitere Granulate (z.B. Glaskomposite) erweitert werden.

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Unser Dienstleistungsworkflow

Wir sehen uns als Enabler zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung mit anwendungsorientierten Forschungsschwerpunkten.