Herkömmlicher Ansatz zur Herstellung von FVK-Bauteilen (oben) und OptiDrape-Ansatz (unten): Richtpreisangebot von ESI

Ziele

 

Das Gesamtziel des geplanten Forschungsprojektes „OptiDrape“ ist daher Entwicklungszeit um 50% zu reduzieren sowie Drapierfehler in der Preformfertigung zu reduzieren.

Um das Gesamtziel zu erreichen, wird im Rahmen dieses Projekts eine neue Systematik zur Auswahl von Verstärkungstextilien erarbeitet, welche auf der Drapiersimulation und dem kinematischer Ansatz basiert und ermöglicht, ohne die Anschaffung kostenintensiver Simulationssoftware eine Auswahl geeigneter Textilien bei vorgegebener Geometrie zu treffen oder eine Geometrieempfehlung bei vorgegebenem Verstärkungstextil zu erarbeiten. Folglich kann eine verbesserte textil- und drapiergerechte Umformung texitler Lagen erfolgen, so dass Fehler im Preformingprozess und Neukonstruktionen ausgeschlossen werden können, was die Produktentwicklungszeit wesentlich verkürtzt.


Idee

 

Zur Entwicklung des OptiDrape-Modells wird zunächst eine Datenbank erstellt, worin definierte Bauteilgeometrien kategorisiert und nach ihrer Drapierfähigkeit in Abhängigkeit unterschiedlicher kommerziell verfügbarer Textilien hin klassifiziert und bewertet werden. Die zur Drapierbewertung notwendigen Materialkarten werden über ein zu entwickelndes Meso-Modell (ITWM) auf der Grundlage von Textilparametern (Art / Titer / E-Modul / Abbindemuster) erstellt. Das Meso-Modell ermöglicht eine Charakterisierung der Textilien ohne aufwendige Prüfverfahren. Eine anschließende Drapiersimulation der unterschiedlichen Textilien erlaubt eine geometrieabhängige Bewertung der Textilien in Abhängigkeit von unterschiedlichen Geometrien, welche in einer Datenbank (Drapier-Katalog) zusammengetragen werden (ITA).

Da allein die Auswahl des bestmöglichen Textils für eine Bauteilgeometrie nicht alle Drapierfehler verhindern kann, kann die Geometrie des Bauteils überprüft und ggf. optimiert werden. Voraussetzung für die Optimierung der Bauteilgeometrie ist eine Bewertungsfunktion, die durch maschinelles Lernen von der Bauteilgeometrie und dem verwendeten Textil auf die Drapierbarkeit bzw. das Preformergebnis schließen kann (IfU). Hierzu werden die Vorversuche und der Drapierkatalog genutzt, um die Bewertungsfunktion in jedem Lernschritt iterativ zu verbessern. Nach dieser Phase hat die Bewertungsfunktion den Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen (Bauteilgeometrie, Textil) und dem Preformergebnis (Scherwinkel) gelernt. Im nächsten Schritt, wird durch einen evolutionären Algorithmus, einem an dem natürlichen evolutionären Prozess angelehnten Algorithmus, optimiert. In diesem Algorithmus übernimmt die Bewertungsfunktion die Aufgabe der natürlichen Auslese und legt fest, welche Bauteilgeometrien es in die nächste Generation schaffen. Nach vielen Generationen wird sich eine optimale Bauteilgeometrie durchsetzen und diese Geometrie und das am besten geeignete Textil können abschließend in die Konstruktion übernommen werden.

Im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz führt die frühzeitige Einbindung des OptiDrape-Ansatzes zu einer Senkung der Produktentwicklungszeit. Weiterhin ist der Einsatz von teurer Drapiersimulationssoftware aufgrund der vereinfachten Textil- und Geometrieoptimierung nicht mehr notwendig, was zur Reduzierung der Herstellungskosten führt.

Vergleich der beiden Drapiersimulationsansätze FEM-Ansatz vs. Kinematischer Ansatz