Digitaler Prototyp - Leichtbau BW

Datum: 25 – 26. Juni 2018

Ort: Technologietag Hybrider Leichtbau, Messe Stuttgart

Ganzheitlicher digitaler Prototyp im Leichtbau für die Großserienproduktion

Digitaler Prototyp

DigitPro - J. Dittmann, P. Böhler, M. Vinot, C. Liebold, F. Fritz, A. Pau, N. Dölle, A. Haufe, H. Finckh, A. Dinkelmann, P. Middendorf

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31 Partner aus Wissenschaft und Industrie

Active Research Environment for the Next generation of Automobiles

Forschungscampus ARENA2036

Industrie 4.0 mit höherer Flexibilität und Reduktion des Energieverbrauches

3 technische Projekte + 1 interdisziplinäres Projekt

ForschFabForschungsfabrik

Flexible Produktion von Morgen

LeiFuMaterialien und Konstruktion

Leichtbau Materialien Funktionsintegration

Khoch3Kreativität – Kooperation – Kompetenz

DigitProDigitaler Prototyp

Prozesssimulation Virtuelles Testen

ARENA2036 Forschungscampus in Vaihingen

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31 Partner aus Wissenschaft und Industrie

Active Research Environment for the Next generation of Automobiles

Forschungscampus ARENA2036 - Partner

Wissenschaft Industrie

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ARENA2036 Forschungscampus in Vaihingen

DigitPro - J. Dittmann, P. Böhler, M. Vinot, C. Liebold, F. Fritz, A. Pau, N. Dölle, A. Haufe, H. Finckh, A. Dinkelmann, P. Middendorf

Ganzheitlicher digitaler Prototyp im Leichtbau für die Großserienproduktion

ORW-Drapiersimulation

Geflecht-/ORW-Mesomodellierung

Virtuelle

Permeabilitätsbestimmung

CAM-Schnittstelle

Crashsimulation

DIGITALER PROTOTYP

Lastpfadoptimierung &

Strukturelle Evaluation

Struktursimulation

-50 % Entwicklungszeit

-10 % Gewicht

Flecht-/ORW-Prozesssimulation

HDF5

4IFB

Material-modellierung

Materialmodellierung Geflecht + ORW-Gewebe

Grundgewebe mit 41°Verstärkung - Kohlenstofffaser

ORW-Gewebe-Modellierung

Simulation CT-Scan

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Erstellung von Materialkarten

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Ergebnisse auf der Meso-Ebene Materialkarten für die makroskopische Struktursimulation

biaxiales Geflecht unter Querdruck

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Materialmodellierung & Virtuelles Testen

Grundgewebe mit 41°Verstärkung - Kohlenstofffaser

ORW-Gewebe-Modellierung

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Prozesssimulation

Die Nutzung der Fertigungssimulation zur Steuerung der Fertigungsprozesse

Lokale FaserwinkeländerungAbspannung

Lücken

Prognosegüte

• Automatische Vermessung des

Faserwinkels (mittlere

Abweichung ± 1,4°)

• Verbesserung der

Geflechtablage durch

integrierten Flechtringshaker

• Bedeckungsgrad: 82 - 86 %

• Verbesserung der

Abspannvorhersage um 10 %

Mesoskopische Flechtsimulation

Zielbauteil

J. Dittmann, P. Böhler, D. Michaelis, M. Vinot, C. Liebold, F. Fritz, H. Finckh, P. Middendorf. „DigitPro – Digital Prototype Build-up Using the Example of a Braided Structure.” IMTC, 2015

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IFBIFB

IFB

Die Nutzung der Fertigungssimulation zur Steuerung der Fertigungsprozesse

Mesoskopische ORW-Prozesssimulation Zielbauteil

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Virtuelle Permeabilitätsbestimmung und Infiltrationssimulation

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J. Dittmann, S. Hügle, P. Middendorf. „NUMERICAL 3D PERMEABILITY PREDICTION USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS”, FPCM13 Kyoto, Japan, 2016

Dittmann, J., Hügle, S., Seif, P., Kauffmann L. and Middendorf, P., Permeability Prediction Using Porous Yarns in a Dual-Scale Simulation with Openfoam, ICCM21 - 21st International Conference on Composite Materials, Xi'an, China, Aug 2017

DigitPro - J. Dittmann, P. Böhler, M. Vinot, C. Liebold, F. Fritz, A. Pau, N. Dölle, A. Haufe, H. Finckh, A. Dinkelmann, P. Middendorf

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IFB

IFB

Struktursimulation

Materialauslegung und Crashsimulation

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Übertrag auf Struktursimulation

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Erhöhung der Prognosegüte

Experiment

Referenz – vor DigitProDigitPro-Ansatz

Abbildung der lokalen Effekten in einer geflochtenen ZugprobeSimulation eines geflochtenen Stauchrohres (Prognose)

Erhöhung der Prognosegüte

Referenz – vor DigitPro

DigitPro-Ansatz

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Übersicht der Zielbauteile

Isometrische Ansicht des Zielbauteils ORW

Seitenansicht des Zielbauteils Flechten Geflechtarchitektur

ORW-Gewebearchitektur

Gemappte Simulation

Zielbauteil

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Validierung und Verifizierung des Geflechtzielbauteils

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IFB

IFB

IFB

IFB

Test der Struktur

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HDF5 und CAM-Schnittstelle

Erweiterung der Prozesskette auf Computer Aided Manufacturing

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IFBIFB

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IFB

IFB

IFB

Die Nutzung der Fertigungssimulation zur Steuerung der Fertigungsprozesse

CAM-Schnittstelle ORWCAM-Schnittstelle

• Generierung der

Textilarchitektur durch Eingabe

an der Maschine und Datei-

Export für Simulationserstellung

am PC

• Generierung der

Textilarchitektur am PC und

Exportfunktion für ORW-

Maschine

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Die Datenrückführung aller Prozessparameter in den digitalen Prototypen

HDF5-Datenformat

• Ablegen aller

Simulationsderivate im

opensource HDF5-Format

möglich

• Sortierung nach Datum & Typ

• Hinzufügen von „neuen“

Prozessen einfach möglich

• Mapping von Ergebnissen

möglich

• Import/Export aller im Projekt

verwendeten Softwaretools

möglich

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Ausblick

Optimierung des Bauteils als lastflussgerechtes und crashtaugliches Design

Bauteil Optimierung

User FeedbackCAM Steuerung

2018 2023

Ergebnisse Phase 2: DFA

• Globale Datenarchitektur /

semantische Beschreibung

• Durchgängige Wertschöpfungskette

• Intelligentes Bauteiles durch

Kopplung von Sensorik und

Interpretationswerkzeugen

• Bauteil als Industrie 4.0-Komponente

• Probabilistische

Simulationsmethoden

Ziel: Autonome Wertschöpfungskette

• Gentelligentes Bauteil

• Autonome Bauteilevolution

• Kopplung gentelligentes Bauteil an

Fluide Produktion (Bauteilindividuelle

Produktionsprozesse)

2036

BigDataVirtuelle

Prozesskette Bauteilevolution

Durchgängige

WertschöpfungsketteIntelligentes

Bauteil

Ergebnisse Phase 1: DigitPro

• Durchgängige virtuelle Prozesskette

• Mesoskopische Simulationsansätze

• Neutrales Datenformat

• CAM-Schnittstelle

Industrie 4.0

Probabilistische

Simulation

DigitPro Digitaler Fingerabdruck

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Fragen & Diskussion

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Institut für Flugzeugbau

Universität Stuttgart

Pfaffenwaldring 3170569 Stuttgart

Dipl.-Ing. Jörg Dittmann

dittmann@ifb.uni-stuttgart.de