Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMEine harmonisierte Beschreibung der skalenübergreifenden Zusammenhänge zwischen Material, Prozess und Bauteil ist für faserverstärkte Kunststoffe aktuell nicht verfügbar. Zudem besteht keine ausreichende Datenintegrität von der Materialcharakterisierung über Simulationsverfahren bis zu den Fertigungsprozessen. Die Entwicklung einer harmonisierten ontologischen Beschreibung zur Darstellung dieser komplexen Zusammenhänge im Rahmen des Verbundprojekts OntOMat soll bisher nicht nutzbare Potentiale für die datengetriebene Materialentwicklung und Prozessoptimierung sowie die Etablierung von Materialkreisläufen erschließen.
OntOMat: Nachhaltige Ontologie-basierte Entwicklungs- und Optimierungslösungen für faserverstärkte Materialien und ihre Fertigungsprozesse
Laufendes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Faserverbundwerkstoffe spielen eine zunehmend wichtige Rolle in vielen technischen Anwendungen, denn sie verleihen den damit hergestellten Bauteilen eine sehr hohe Festigkeit bei geringem Materialeinsatz und niedrigem Gewicht (spezifische Festigkeit) – Eigenschaften, die in unzähligen Bereichen von Technologie und Lebensalltag sehr gefragt sind.
Eine Besonderheit allerdings zeichnet faserverstärkte Materialien aus: ihre Mikrostruktur entsteht erst im Formgebungsprozess. Welche Eigenschaften ein aus Faserverbundwerkstoffen gefertigtes Produkt hat, hängt also nicht nur von den Konstitutivwerkstoffen ab, sondern auch vom Produktionsprozess und dem Bauteilkonzept. Die komplexen Zusammenhänge zwischen den Ausgangswerkstoffen, dem Fertigungsprozess, den Betriebsbelastungen bis zum Recycling machen zum vollständigen Verständnis eine formalisierte Beschreibung erforderlich.
Die im Projekt entwickelte neuartige ontologische Beschreibung in Verbindung mit den aus Material, Prozess, Charakterisierung und Simulation erwachsenden Daten (engl. Knowledge Graph) erlaubt die Vorhersage der Auswirkungen von Parameteränderungen sowie die Bewertung der Bauteile unter Einbindung der Realdaten. Damit kann eine übergreifende Optimierung von der Materialmikrostruktur bis hin zur Betriebsfestigkeit der Bauteile, einschließlich ihrer Rezyklierbarkeit, erreicht werden.
Semantische Abfragen auf Grundlage der ontologischen Beschreibung erlauben Forschenden sowie Material- und Komponentenherstellern den Zugang zu strukturiertem Wissen ohne die Preisgabe proprietärer Daten und tragen somit zur schnelleren Entwicklung neuer Produkte und Lösungen auf breiter Basis bei.
Teilvorhaben Fraunhofer IWM
Das Fraunhofer IWM entwickelt im Rahmen des Verbundprojekts eine ontologische Beschreibung von Streuungen der Materialmikrostruktur und daraus resultierender Streuungen im makroskopischen Werkstoffverhalten bis hin zum Bauteilverhalten. Damit werden durch die Mikrostruktur bedingte und für die Werkstoffklasse unvermeidbare Materialstreuungen besser beherrschbar. Unnötig hohe Sicherheitsfaktoren können dadurch abgebaut, die Materialausnutzung gesteigert und der Materialeinsatz insgesamt nachhaltiger gestaltet werden.
Transfer der Projektergebnisse in FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM
- übergreifende Simulation und Optimierung von der Materialmikrostruktur bis hin zur Betriebsfestigkeit der Bauteile, einschließlich ihrer Rezyklierbarkeit
- Verkürzung der Entwicklungszeiten
- Erhöhung des Recyclinganteils im Bereich faserverstärkter Verbunde
- Zugang zu strukturiertem Wissen ohne die Preisgabe proprietärer Daten
- schnellere Entwicklung neuer Produkte und Lösungen
Förderhinweis
