DigiTain - Digitalisation for Sustainability

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Forschungsprojekt DigiTain startete am 01.01.2023 und wird von 26 geförderten sowie 2 assoziierten Partnern aus Industrie und Wissenschaft gemeinsam bearbeitet. In DigiTain werden Prozesse, Methoden und Modelle zur volldigitalen Produktentwicklung und Zertifizierung nachhaltiger elektrischer Antriebsarchitekturen entwickelt und anhand eines Technologieträgers erprobt.

Am Institut für Baustatik und Baudynamik werden innerhalb des Projekts neuartige Finite-Elemente-Formulierungen für dünnwandige Laminatstrukturen und strukturoptimierte, gedrungene Bauteile entwickelt. Durch die neuen Methoden in der räumlichen Diskretisierung soll eine Verbesserung von Effizienz, Robustheit und Prognosefähigkeit erzielt werden und zukünftig eine zügigere und nachhaltigere CAE-Auslegung durch geringere Simulationsaufwände möglich werden.

Für die Finite-Elemente-Simulation strukturoptimierter, gedrungener Bauteile, wie beispielsweise Aluminium-Druckgussbauteile, werden nach dem Stand der Technik häufig Tetraederelemente verwendet. Diese erlauben auch bei komplexen Bauteilgeometrien eine automatisierte Vernetzung. Untersuchungen an Tetraederelementen in kommerzieller Simulationssoftware haben jedoch gezeigt, dass zwar Deformationen gut approximiert werden, jedoch Spannungen und damit auch die für die Modellierung des Materialverhaltens wichtige Triaxialität stark oszillieren. Diese Ergebnisse sind für eine Auslegung von Bauteilen unzureichend. Forschungsziel ist die Entwicklung neuartiger Elementformulierungen mit einer speziellen Modifikation des Stoffgesetzes für bestimmte Anteile des Vektors der inneren Kräfte, mit der die Approximationsqualität der Spannungen verbessert werden kann. Diese neuartige Elementformulierung wird im Zuge des Projekts weiterentwickelt, in eine kommerzielle Software implementiert sowie validiert und verifiziert.

Für eine effiziente Simulation von dünnwandigen Laminat-Strukturen, wie beispielsweise einem Wasserstofftank, eignen sich dimensionsreduzierte Schalenmodelle besonders gut. Modellierungsansätze mit klassischen Schalenelementen nach dem Stand der Technik sind in ihrer Prognosequalität eingeschränkt, da diese lediglich einen reduzierten Spannungszustand abbilden können. Besonders bei dickeren Laminaten ist jedoch die Berücksichtigung eines dreidimensionalen Spannungszustands notwendig, um realistische Ergebnisse zu erhalten. Um einen dreidimensionalen Spannungszustand und auch die bei Laminaten wichtige Delamination abbilden zu können, soll ein neues 3D-Schalenelement entwickelt werden. Diese Elementformulierung soll für explizite Analysen optimiert, validiert und verifiziert werden.