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ProDesign – Niedersächsische Forschungskooperation zur Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen

ProDesign

Integrierte Methode für Prozessplanung und Strukturentwurf im Faserverbundleichtbau

Das Projekt verfolgt die Forschungshypothese, dass es mit einer angepassten Methode möglich ist, Leichtbaustrukturen aus Faserkunststoffverbundwerkstoffen so zu entwickeln, dass sie sich nicht nur durch geringe Masse auszeichnen, sondern auch effizient herstellbar sind. Es werden somit die im Vergleich zu Metallbauweisen hohen Entwicklungs- und Fertigungsaufwände verringert.

Es wird eine Methode entwickelt und untersucht, die es ermöglicht, automatisiert effizient herstellbare Hochleistungsfaserverbundstrukturen zu entwerfen. Hierbei soll sowohl die konstruktive als auch die fertigungstechnische Ausgestaltung erfolgen und gleichzeitig deren Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Die Güte einer Lösung wird dementsprechend über konstruktive Kriterien (Masse) und Fertigungskriterien (Herstellkosten) bewertet. Verglichen mit konventionellen Vorgehensweisen sorgt dabei eine frühzeitige Einbeziehung von Fertigungsaspekten für die Vermeidung kostenintensiver Iterationen in späteren Phasen des Entwicklungsprozesses. Während in konventionellen Prozessen in der Konzeptphase aufwandsbedingt nur eine eingeschränkte Anzahl von Lösungen ausgewählt werden kann, da diese im Weiteren vollständig konkretisiert werden, bietet die Methode die Möglichkeit, eine deutlich größere Anzahl sich konstruktiv und fertigungstechnisch unterscheidender Konzepte einzubeziehen. Der Gesamtaufwand der Lösungsfindung wird beschränkt, indem die Lösungen in der Entwurfsphase parallel schrittweise konkretisiert werden. Die Anzahl betrachteter Lösungen wird verringert während der Aufwand der eingesetzten Auslegungs- und Bewertungsmethoden ansteigt, sodass aufwändige Methoden nur für eine kleine Menge von Lösungen eingesetzt werden, die sich zuvor in Auswahlprozessen qualifiziert haben.

Als Anwendungsbeispiel dient die Entwicklung einer Flugzeugrumpfstruktur aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), da hier extreme Anforderungen vorliegen, die nur optimal erfüllt werden können, wenn eine stark verzahnte Vorgehensweise angewendet wird.

Die Arbeiten bauen auf Vorarbeiten einer bereits seit 2010 erfolgreich entwickelten interdisziplinären Forschungskooperation der Institute im Bereich der Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen auf.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 2015-2018