Vector Stiftungs-YIG "Green Mobility"

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.

 

Mitglieder der Vector Stiftungs-YIG "Green Mobility"

YIG-Leiterin:  Dr.-Ing. Luise Kärger
Wissenschaftliche Mitarbeiter im Bereich Umformsimulation:
M.Sc. Christian Poppe,  M.Sc. Bastian Schäfer
Wissenschaftliche Mitarbeiter im Bereich Formfüllsimulation:
M.Sc. Nils Meyer, M.Sc. Florian Wittemann, M.Sc. Louis Schreyer, M.Sc. Felix Frölich, M.Sc. Bhimesh, M.Sc.Sarah Dietrich, M.Ed. Nik Poppe
Wissenschaftliche Mitarbeiter im Bereich Struktursimulation und Aushärtung:
M.Sc. Alexander Jackstadt, M.Sc. Shubham Gorde
Wissenschaftliche Mitarbeiter im Bereich CAE-Kette sowie Struktur- und Prozessoptimierung:
Dipl.-Ing. Clemens Zimmerling, M.Sc. Constantin Krauß

 


Ehemalige Mitglieder der Vector Stiftungs-YIG "Green Mobility"

Dr.-Ing. Fabian Schirmaier
Dr.-Ing. Dominik Naake (externer Doktorand bei Bosch)
Dr.-Ing. Benedikt Fengler 
Dr.-Ing. Dominik Dörr
Dr.-Ing. Julian Seuffert
Dr.-Ing. Siegfried Galkin

 

Laufende Projekte der YIG

  • DFG HyCEML „Hybride CFK / Elastomer / Metall-Laminate mit Elastomerschichten für die gezielte Einstellung des Dämpfungsverhaltens“, DFG-Projekt im Schwerpunktprogramm "Calm, Smooth & Smart" (SPP 1897)
  • DFG IRTG: Teilprojekt zur Prozesssimulation und Optimierung im internationalen Graduiertenkolleg GRK2078 CoDiCoFRP "Integrated engineering of continous-discontinous long fiber reinforced polymer structures"
  • DFG MerVa "Methoden- und Prozessentwicklung zur Infiltration hochbelastbarer topologieoptimierter Faser-Kunststoff-Verbundbauteile mit variabelaxialer Faserarchitektur"
  • BMBF/PTJ-TraCLight "Leichtbau BW: Kosten- und ressourceneffiziente Fertigung von Faserverbund-Matell-Hybridstrukturen im nassprexxverfahren (hyWet - Teilvorhaben C)
  • DFG AMECOMP "Composite forming simulation for non-crimp fabrics based on generalized continuum approaches"
  • KIT Future Fields Projekt Hybrid2PaM
  • Lite2Duro
  • HEaK
  • EcoDynamicSMC
  • Nachwuchsarbeit: Leichtbau-Sommerworkshop für Schülerinnen

 

Abgeschlossene Projekte der YIG

  • KIT-MathSEE
  • EU ITEA-VMAP: Teilprojekt zu Hochleistungsfaserverbunden im Projekt VMAP "Virtual Material Modelling in Manufacturing"
  • MWK Forschungsbrücke KIT - Uni Stuttgart: Zeit- und kosteneffiziente Produktentwicklung für den Hochleistungs-Faserverbundleichtbau mittels Nasspresstechnologie
  • DFG-Projekt „Experimentelle und virtuelle Analyse von Drapiereffekten und deren Auswirkungen auf das strukturmechanische Verhalten von Faserverbundkomponenten“
  • KraSchwing: Optimierung der Krafteinleitung in schwingbelasteten Faserverbundstrukturen, gefördert durch MFW-BW und MWK-BW
  • BMBF SMiLE "Multi-Material-Leichtbau für die Elektromobilität": Methodenentwicklung zur Simulation des Drapierverhaltens von UD-Tapestrukturen. Ausgezeichnet als BMBF-Leuchtturmprojekt der Elektromobilität
  • EU-Fortissimo: Integrated Design Workflow for the Manufacturing and Produkt Simulation of high-performance Composite Structures
  • III-D-Preforming „Intelligent, Innovativ, Interdisziplinär“, gefördert durch das MWK-BW und die Dieffenbacher GmbH
  • TC²-RTM CAE/CAx: Durchgängige CAE-Kette für das RTM-Verfahren
  • Kooperation mit Bosch: Promotion zur Schädigungsformulierung für endlosfaserverstärkte Thermoplaste

 

Verlängerung der Young Investigator Group (YIG) um weitere drei Jahre

Im Herbst 2017 wurde die Young Investigator Group „Green Mobility“ von Frau Dr. Luise Kärger durch das Council for Research and Promotion of Young Scientistis (CRYS) evaluiert und mit „außerordentlichem Erfolg“ bewertet. Die Vector Stiftung hat daraufhin eine Verlängerung der Förderung der YIG bis Ende 2021 zugesagt. Schwerpunkt der Arbeiten der folgenden drei Jahre wird weiterhin die Methodenentwicklung für Umform- und Struktursimulation von Faserverbunden sein. Dabei sind Erweiterungen zur kombinierten Umform- und Formfüllsimulation, zu 3D-Schalenmodellierungen, zu Skaleneffekten bei fertigungsbedingtem Schädigungsverhalten, zu Optimierungsansätzen mit Maschinenlernmethoden und zu weiteren Themen geplant.

 

Erstmals wird am KIT eine Young Investigator Group (YIG) durch die Vector Stiftung gefördert

Unter dem Leitgedanken „Green Mobility“ erhielt Frau Dr.-Ing. Luise Kärger für das Forschungsthema „Gewichtsoptimierte Fahrzeugstrukturen durch maßgeschneiderte Hochleistungsfaserverbunde“ den Zuschlag für die Förderung durch die Vector Stiftung.
Frau Dr. Kärger leitet 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, widmet sich damit eine zweite Nachwuchsgruppe dem Forschungsgebiet Leichtbau.

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.

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.