Das Hauptanliegen des Bundesexellenzclusters MERGE: Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen ist die Verwendung von prozesstauglichen Technologien zur resourceneffizienten Herstellung von Leichtbaustrukturen in Mischbauweise. In der Interactive Domain (IRD): Modelling, Integrative Simulation and Optimization des Cluster of Excellence „MERGE“ werden ganzheitliche und durchgängige Simulationsketten entwickelt, um das Werkstoffverhalten von unterschiedlichen Materialgruppen unter Berücksichtigung prozessbedingter und belastungsspezifischer Restriktionen aufeinander abzustimmen. Die Bauteileigenschaften und Randbedingungen bei der Herstellung der Hybridbauteile hängen dabei, neben den verwendeten Materialkombinationen (Kunststoffe, Faserverbunde, Metalle), in starkem Maße von den zugrundeliegenden Fertigungsprozessen ab. Insbesondere die multikriterielle Optimierung -- von der Herstellung bis zum belasteten Bauteil -- benötigt eine Vielzahl an aufwändigen Simulationen die ein effizientes Datenmanagement sowie verteilten Berechnungsumgebungen erfordern. / The main objective of the Cluster of Excellence “MERGE”: Merge Technologies for Multifunctional Lightweight Structures is the use of process technologies suitable for resource-efficient production of lightweight structures in composite design. In the Interactive Research Domain (IRD): Modelling, Simulation and Optimization of Cluster of Excellence "MERGE" holistic and integrated simulation chains are designed to match the material behavior of different groups of materials under consideration of process-related and load specific restrictions. The component properties and constraints in the production of hybrid components depend in addition to the used material combinations (fiber reinforced plastics and metals) largely on the underlying production process. In particular, the multicriteria optimization - from manufacturing process until the loaded lightweight structure -- requires a large number of complex simulations which require an efficient data management and distributed computing environments.

Verbundwerkstoffe aus textilen Hochleistungsmaterialien sind bekannt für ihre überragenden mechanischen Eigenschaften und ihren überzeugenden Leichtbaucharakter. Da die belastungsoptimierte Auslegung der Bewehrungsstruktur der Schlüssel zu erfolgreichen Leichtbau-Verbundwerkstoffen ist, liegt das Augenmerk auf der Konstruktion anisotroper und inhomogener Bewehrungen, die sowohl anspruchsvoll als auch vielversprechend ist. Dennoch ist die Entwicklung komplexer textiler Preforms sowie die Realisierung des Preformprozesses derzeit kosten- und zeitintensiv. Da die moderne Leichtbauindustrie auf Vollautomatisierung und absolute Flexibilität zusteuert, steht die Motivation für eine simulative Vorhersage von Verbundeigenschaften auf der Agenda. Die Bemühungen, eine automatische Produktionsumgebung mit kundenspezifischer Entwicklung, flexibler Fertigung und moderner Logistik zu schaffen, sind im Begriff Industrie 4.0 gebündelt. Die allgemeine Digitalisierung von Design, Entwicklung und Fertigung birgt große Möglichkeiten für den Composite-Markt. In dieser Arbeit wird eine vollständig virtuelle Entwicklungskette für Faserverbundwerkstoffe aufgestellt. Ein Verfahren zur Modellierung von Verbundverstärkungen auf der Mikroskale in Abhängigkeit von den Fertigungsparametern wird etabliert. Die vorgestellten Mikroskalenmodelle sind in der Lage, sowohl die mechanischen Eigenschaften der trockenen Textilien als auch die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe vorherzusagen. Mit diesem Ansatz werden virtuelle Drapiersimulationen zur Optimierung des Preformingprozesses und Simulationen der Tragfähigkeit der Verbundteile ermöglicht. Es wird gezeigt, dass ein ganzheitlicher Ansatz - von der Faser bis zur Verbundstruktur - auf einer vollständig virtuellen Ebene durchgeführt werden kann. Die digitalen Methoden sind in der Lage, Daten entlang der gesamten Composite-Entwicklungskette zu liefern.

Das Hauptanliegen des Bundesexellenzclusters MERGE: Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen ist die Verwendung von prozesstauglichen Technologien zur resourceneffizienten Herstellung von Leichtbaustrukturen in Mischbauweise. In der Interactive Domain (IRD): Modelling, Integrative Simulation and Optimization des Cluster of Excellence „MERGE“ werden ganzheitliche und durchgängige Simulationsketten entwickelt, um das Werkstoffverhalten von unterschiedlichen Materialgruppen unter Berücksichtigung prozessbedingter und belastungsspezifischer Restriktionen aufeinander abzustimmen. Die Bauteileigenschaften und Randbedingungen bei der Herstellung der Hybridbauteile hängen dabei, neben den verwendeten Materialkombinationen (Kunststoffe, Faserverbunde, Metalle), in starkem Maße von den zugrundeliegenden Fertigungsprozessen ab. Insbesondere die multikriterielle Optimierung -- von der Herstellung bis zum belasteten Bauteil -- benötigt eine Vielzahl an aufwändigen Simulationen die ein effizientes Datenmanagement sowie verteilten Berechnungsumgebungen erfordern. / The main objective of the Cluster of Excellence “MERGE”: Merge Technologies for Multifunctional Lightweight Structures is the use of process technologies suitable for resource-efficient production of lightweight structures in composite design. In the Interactive Research Domain (IRD): Modelling, Simulation and Optimization of Cluster of Excellence "MERGE" holistic and integrated simulation chains are designed to match the material behavior of different groups of materials under consideration of process-related and load specific restrictions. The component properties and constraints in the production of hybrid components depend in addition to the used material combinations (fiber reinforced plastics and metals) largely on the underlying production process. In particular, the multicriteria optimization - from manufacturing process until the loaded lightweight structure -- requires a large number of complex simulations which require an efficient data management and distributed computing environments.