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Leichtbau

„Leichtbau ist eine Geisteshaltung“ – Heinrich Timm, geistiger Vater des Audi-Aluminium-Spaceframes, bringt es auf den Punkt. Effektiver Leichtbau entsteht, wenn konsequent alle Potentiale erkannt und genutzt werden – wenn Leichtbau als übergeordnetes Entwicklungsziel definiert wird. Dieser Maxime folgend, forschen wir an Methoden, die den gesamten Leichtbauentwicklungsprozess unterstützen. Schwerpunkt unserer Forschung bilden Methoden zur Analyse von Leichtbaupotentialen im Gesamtsystem, die Systemsynthese mittels Multi-Material-Design sowie Methoden zur Gestaltsynthese und Strukturoptimierung isotroper und anisotroper Werkstoffe.

Forschungsschwerpunkte

  • Identifikation von Leichtbaupotenzialen im Gesamtsystem
  • System Design
  • Strukturoptimierung und Simulation
  • Validierung

 

Systeme

  • Fahrzeugkarosserie
  • Getriebe für verbrennungsmotorische und elektrische Fahrzeugantriebsstränge
  • Strukturbauteile in Stahl und Kunststoff
  • Hochvoltspeicher
  • Klimageräte

 

Methoden

  • Statische und Dynamische Berechnung mittels der Finiten-Elemente-Methode
  • Analyse von Leichtbaupotenzialen im Gesamtsystem
  • Packageoptimierung im Hochvoltspeicher
  • Stoffleichtbau im Fahrzeuggetriebe
  • Design Richtlinien zum leichtbaugerechten Konstruieren von Faserverbundkunststoffen
  • Strukturoptimierung
  • Mehrzieloptimierung
  • Mehrkörpersimulation

 

Prozesse

  • Systematische Verknüpfung der Produktfunktion mit Masse, Kosten und CO2-Impact "Target Weighing
  • Optimierung von Systemen mit Hilfe der Topologie-, Form- und Parameteroptimierung
  • Optimierung von Fahrzeuggetrieben hinsichtlich Massenträgheiten, Bauraum und Gewicht
  • Gekoppelte Simulation und Optimierung
  • Optimierung von Endlosfaserverbunden für eine ideale Materialausnutzung
  • Berücksichtigung der Robustheit bei der Optimierung von Langfaserverbunden
  • Optimierung von Energiespeichern
  • Sickenoptimierung
  • Integration von Fertigungsrestriktionen in Optimierungsmethoden

 

Ausstattung

  • Software:
    • Finite Elemente Methode: Abaqus, Nastran, Ansys, Adina, ...
    • Mehrkörpersimulation: ADAMS, LMS.Motion, MatLab/Simulink, ...
    • Optimierung: TOSCA, OptiStruct, Dakota, MatLab, …
  • Hardware:
    • Versuchsaufbau zur Untersuchung der elektrischen Isolation seriell verschalteter Batteriezellen zur Evaluierung verschiedener Kühlfluide für den Einsatz im Batteriemodul.
    • Prüfaufbau zur Untersuchung verschiedener Batteriezellanordnungen im Modul, hinsichtlich der Effizienz der Temperierung.
    • Rechenserver “Herculis”
      • 2x Intel Xeon E5-2630v3 @ 2.30 GHz – 20 physikalische and 40 logische Kerne (hyperthreading), 512GB Hauptspeicher
    • Zugang zum Rechencluster des Steinbuch Centre for Computing (SCC)

 

Die Leichtbauaktivitäten am IPEK adressieren alle Leichtbaustrategien. Das größte Leichtbaupotential kann nur durch die konsequente und frühzeitige Einbindung aller Leichtbaustrategien in den Produktentwicklungsprozess erzielt werden. Der Systemleichtbau, der auf die systematische Betrachtung über (Teil-)Systeme hinweg abzielt, zeigt hierbei sehr großes Leichtbaupotential.

 

Ausgewählte Veröffentlichungen im Forschungsfeld


2018
Potential of lightweight design of a vehicle transmission by usage of high strength steels.
Reichert, U.; Busch, F.; Ott, S.; Bause, K.
2018. VDI-Kongress "Dritev – Getriebe in Fahrzeugen", Bonn, 27. - 28. Juni 2018
2017
Design Guidelines 2.0 to support design process of fibre-reinforced plastics.
Butenko, V.; Gladysz, B.; Nicolini, M.; Albers, A.
2017. SAMPE Europe Conference 2017 Stuttgart, Leinfelden-Echterdingen, 14. - 16. November 2017
Extended target weighing approach : Identification of lightweight design potential for new product generations.
Albers, A.; Revfi, S.; Spadinger, M.
2017. Proceedings of the 21st International Conference on Engineering Design (ICED 17), Vol 4 : Design Methods and Tools, Vancouver, Canada, 21st - 25th August 2017. Ed.: A. Maier, 367–376, The Design Society, Glasgow
Coupling of Computer-aided Methods : Supporting Product Developer during Embodiment Synthesis.
Albers, A.; Spadinger, M.; Serf, M.; Reichert, S.; Heldmaier, S.; Schulz, M.
2017. WCSMO 12 : Proceedings of the 12th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimisation, Braunschweig, Germany, 5-9 Juni 2017
2013
Macroscale modeling of long-fiber-reinforced composite parts with varying material properties for robust rib optimization.
Troll, D.; Marston, M. P.; Albers, A.
2013. NWC 2013, NAFEMS world congress : SPDM, International Conference Simulation Process & Data Management : 9 - 12 June, Salzburg, Austria, NAFEMS, Salzburg
Design for Energy Efficiency: Structural Optimization Process for Mechanical Parts in Dynamic Systems.
Sander, C.; Kellner, M.; Albers, A.
2013. NWC 2013, NAFEMS world congress SPDM, International Conference Simulation Process & Data Management, Salzburg, Austria, 9. - 12. June, 2013, Bernau am Chiemsee NAFEMS Deutschland, Österreich, Schweiz GmbH
Target weighing - A new approach for conceptual lightweight design in early phases of complex systems development.
Albers, A.; Wagner, D.; Ruckpaul, A.; Hessenauer, B.; Burkardt, N.; Matthiesen, S.
2013. Proceedings of the 19th International Conference on Engineering Design (ICED13) Design For Harmonies, Vol. 5: Design for X, Design to X, Seoul, Korea 19-22.08.2013, 301–310, Design Society, Castle Cary
2011
Approaches for the macroscale curvilinear modeling of composites based on the fiber patch preforming (FPP) technology.
Albers, A.; Majic, N.; Troll, D.
2011. Proceedings of the 3rd ECCOMAS Thematic Conference on the Mechanical Response of Composites, Hannover, Germany, September 21-23 2011. Ed.: R. Rolfes, Leibniz Universität, Hannover

Übersicht aller Veröffentlichungen

Eine Übersicht aller Veröffentlichungen des IPEK finden Sie hier.