Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM

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  • Deutschland

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Über uns

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Mathematische Methoden ermöglichen es, die Wirklichkeit computergerecht nachzubilden und mit großen Datenmengen oder komplexen Strukturen sinnvoll umzugehen; schnelle, realitätsnahe Simulationen erzielen optimale Lösungen technischer Probleme. Die spezifische Kompetenz des Fraunhofer ITWM, die mathematische Herangehensweise an praktische Fragestellungen, ergänzt ingenieur­wissenschaftliches und betriebswirtschaftliches Arbeiten ideal und führt darum zu einem breiten Anwendungsspektrum: Fahrzeugindustrie, Maschinenbau, Textilindustrie, Mikroelektronik, Banken und Versicherungen.

Speziell im virtuellen Materialdesign und der Analyse von 3D-Mikrostrukturen hat das Fraunhofer ITWM über lange Jahre Know-how entwickelt; im Vordergrund stehen dabei Strömungen in porösen Medien wie z.B. Filtration oder aber die Optimierung komplexer dreidimensionaler Strukturen von porösen Materialien und Verbundwerkstoffen, mit dem Ziel, bestimmte Materialeigenschaften zu erreichen.


Unsere Abteilungen:

     

  •     Transportvorgänge

  •     Strömungs- und Materialsimulation

  •     Bildverarbeitung

  •     Systemanalyse, Prognose und Regelung

  •     Finanzmathematik

  •     Optimierung

  •     Mathematische Methoden in Dynamik und Festigkeit

  •     Competence Center High Performance Computing und Visualisierung

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Leistungsspektrum

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Flexible Strukturen

Der Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modellierung und Simulation elastischer, viskoser oder viskoelast.Objekte, insbes. mit der Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen. Modelliert werden Fäden, (Stapel-)Fasern, Filamente oder Folien.

Am ITWM ist die Software FIDYST (Fiber Dynamics Simulation Tool) entstanden. FIDYST wurde in Kombination mit kommerziellen CFD-Tools in vielen Projekten zur Prozessauslegung und -optimierung im Bereich Techn. Textilien (z.B. Vlieslegung, Spinnprozesse, Fadenablage) erfolgreich eingesetzt.

Projekte

     

  • Simulationsbasierte konstruktive Auslegung einer Spinnvliesanlage

  • Simulation des Schussfadens beim Luftweben

  • Vlieslegung mit ASON-Technologie

  • Simulation u.Optimierung von Nadeleinstichmustern

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Computergestütztes Materialdesign und Mikrostruktursimulation

 

Wir befassen uns  mit computergestützten Methoden zur Verbesserung bzw. Optimierung von porösen und nicht porösen Verbundwerkstoffen mit einer komplexen Mikrostruktur, insbesondere mit Vliesen, Geweben und daraus gefertigten Verbundmaterialien. Prozessschritte zu Herstellung von Verbundwerkstoffen werden ebenfalls optimiert. Ziel ist es dabei, ressourcenschonende Werkstoffe mit verbesserten multifunktionalen Eigenschaften durch Simulationsverfahren zu dimensionieren. Neben zahlreichen Projekten im Rahmen des Leichtbaus, der Rezyklierbarkeit und der Wärmedämmung werden  zunehmend Fragestellungen zur Energieeinsparung und –speicherung bearbeitet.

Zur Optimierung komplexer 3D-Strukturen von porösen Materialien und Verbundwerkstoffen bildet die Alleinstellung das eigene Software-Paket FeelMath. FeelMath stellt ein universelles, hocheffizientes Lösungsverfahren für nichtlineare Elastizitätsprobleme auf Mikrostrukturen zur Verfügung. Alle  grundlegenden nichtlinearen mechanischen Effekte (Elastoplastizität, Viskoelastizität, Schädigung) können simuliert werden. FeelMath ist als Modul in das virtuelle Materiallabor GeoDict (der Math2Market GmbH) intergiert. Mit den entwickelten numerischen Verfahren kann eine breite Klasse von Werkstoffen behandelt werden, wie z.B. Kunstfaser- und Naturfasermaterialien, faserverstärkte Kunststoffe, partikelverstärkte Metalle, Gefüge metallischer Legierungen, poröse Geomaterialien.

Bildanalyse für faserverstärkte Kunststoffe

Die mech. Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe werden vor allem durch die Geometrie ihrer Mikrostruktur, vor allem Faserverteilung u. -richtungen, bestimmt. Spezielle Analysemethoden können diese Kenngrößen der Geometrie aus Bilddaten berechnen. Zur 3D-Charakterisierung eignen sich vor allem µCT-Rekonstruktionen, doch auch 2D-bildgebende Verfahren wie akustische Mikroskopie (SAM) werden genutzt.

Das Softwarepaket MAVI beinhaltet eine Reihe spezieller Algorithmen zur Charakterisierung glasfaserverstärkter (GFK) und kohlestofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK).

Mehrskalenmodellierung und -simulation von gewebten oder gestrickten Textilien

Im Fokus steht die Mehrskalenmodellierung und -simulation von gewebten/gestrickten Textilien, von 3D-Gewirken und Fasermaterialien mit heterogener Mikrostruktur unter Berücksichtigung des Kontakts zwischen den einzelnen Fäden/Fasern. Neben der Berechnung der effektiven mechanischen Materialeigenschaften für eine Vielzahl bereits existierender Textilien, bieten die Verfahren auch das Potential zur gezielten Auslegung neuer Textilien mit vorgegebenen mechanischen Eigenschaften.

Projekte

     

  • Simulation von Ledereigenschaften

  • »Software FiberFEM« Eigenschaften technischer Textilen

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Produkt

FIDYST - Fiber Dynamics Simulation Tool

Ausgangspunkt der Entwicklung des Softwaretools FIDYST war die Simulation von Produktionsprozessen...

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM Fraunhofer-Platz 1 67663 Kaiserslautern Deutschland +49 631/31600-0 info@itwm.fraunhofer.de

Produkt

GeoDict - Das virtuelle Materiallabor

Seit Januar 2013 hat die Firma »Math2Market«, Kaiserslautern in enger Kooperation mit dem Fraunhofer...

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FiberFEM - Modellierung und Simulation effektiver mechanischer Eigenschaften von Faserstrukturen und technischen Textilien

Im Fokus dieser Forschung und Entwicklung steht die mechanische Mehrskalenmodellierung und...

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Produkt

FeelMath - Enhanced non-linear material simulation toolkit

FeelMath ermöglicht die Simulation des mechanischen Verhaltens von porösen Medien und...

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Produkt

MAVI - Modular Algorithms for Volume Images

MAVI ist ein Softwaresystem für die Verarbeitung und Analyse von Volumenbildern komplexer...

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Aussteller auf der folgenden Messe

Techtextil 2015

04.05.2015 - 07.05.2015 Halle: 3.0 Stand: C 60