Material einfach testen
Computerprogramm erleichtert die Entwicklung von Produkten

Eine neue Fraunhofer-Software simuliert die Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe. Mit dem Programm lässt sich ein beliebiges Bauteil oder Werkstoffmodell noch vor dem Prototypenstadium sehr schnell optimieren – was nicht nur die Autoindustrie interessieren dürfte.

clo DÜSSELDORF. Ein Auto muss nicht immer erst gegen die Wand gefahren werden, um herauszufinden, wie sicher es ist. Durch neue Simulationsmöglichkeiten am Computer lassen sich werkstoffmechanische Fragen besser lösen und damit Crashtests reduzieren. Die am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM entwickelte Software ermöglicht es zu testen, wie verschiedene Werkstoffe beschaffen und geformt sein müssen, um von ihnen möglichst wenig verwenden zu müssen, dabei aber maximale Stabilität zu erreichen.

Mit dem Programm lässt sich ein beliebiges Bauteil oder Werkstoffmodell noch vor dem Prototypenstadium sehr schnell optimieren – was nicht nur die Autoindustrie interessieren dürfte. „Unser Ziel ist es, dass Hersteller Produkte schaffen können, die mit weniger Materialeinsatz oder durch geänderte Produktionsmethoden besser, langlebiger und sicherer sind“, sagt IWM-Institutsleiter Peter Gumbsch.

Mit der Simulation lässt sich beispielsweise abschätzen, wann ein Abgaskrümmer den hohen Temperaturen nicht mehr standhalten wird. Bislang wurde dies meist am Teststand erprobt. Mit der Software können sowohl die Temperaturschwankungen als auch mechanische Wechselbeanspruchungen wie im Dauerbetrieb simuliert werden. So können schon in einem sehr frühen Entwicklungsstadium etwa Krümmer, Turbolader oder Zylinderköpfe optimiert werden, was Zeit und Geld spart.

Auf dem Weg dahin hat der Rechner einiges zu tun. Denn in die Simulation fließen Daten über die elementaren Eigenschaften der Materialien ein. Dazu muss jedes Bauteils in Tausende Einzelteile zerlegt werden, um dessen Verhalten bei Belastung errechnen zu können. Dabei sind als Zwischenschritte immer wieder Stabilitätsprobleme oder Optimierungsaufgaben zu lösen. Das ist aufwändig.

Mit dem von den Forschern entwickelten Rechenalgorithmus geht es nun schneller. Dieser fahndet danach, wann der physikalisch angestrebte Zustand mit der geringsten Energie in dem Material erreicht ist. Das Ergebnis liegt nun schon nach wenigen Stunden vor, während für herkömmliche Simulationen Tage ins Land gehen.

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