Digitale 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.
Themenspezifische Leistungsbausteine
Modellbasierte Identifikation von Materialkennwerten
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.
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.
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.
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
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.
Wir forschen in den Anwendungsfeldern
Unser Dienstleistungsworkflow
Wir sehen uns als Enabler zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung mit anwendungsorientierten Forschungsschwerpunkten.
