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Leichtbautechnik

Kompetenzen der Schwerpunktgruppe Leichtbautechnik

Der nachhaltige Umgang mit knapper werdenden Rohstoff- und Energieressourcen sowie anspruchsvollere ökonomische Rahmenbedingungen erfordern immer leichtere und auf Ihre Anwendung optimierte Systeme. Die Schwerpunktgruppe Leichtbautechnik am IMES ist darauf spezialisiert, gewichtsoptimierte und hochbeanspruchte Strukturen zu entwickeln und zu analysieren, als Prototyp zu bauen und zu testen. Dazu besitzt die Gruppe umfangreiche und eng verzahnte Kompetenzen in der Konzeption, Konstruktion, rechnerischen Simulation und Optimierung sowie im Testing von leichten Strukturen. Die in Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführten Projekte finden sich klassischerweise im Flugzeug- und Fahrzeugbau, wie z.B. in Drohnen, Transport-, Spezial- oder Schienenfahrzeugen, aber auch zunehmend in der Maschinenindustrie. Neuere Tätigkeitsfelder sind hochdynamische Mechanismen und unbemannte, sich bewegende Plattformen, die sowohl luft- als auch erdgestützt operieren. Der dazu notwendige Einsatz und die Erforschung von Tools zur Optimierung der Strukturen auf dem institutseigenen Rechencluster ist deshalb ein weiterer Schwerpunkt. Als Spezialität ist die Fachgruppe zusätzlich im Bereich der Aeroelastizität tätig, d.h. der Wechselwirkung zwischen aerodynamischer Anregung und Strukturschwingungen, wo auch multidisziplinäre Optimierungsmethoden untersucht werden.

Leichtbaustrukturen

Hier liegt der Schwerpunkt der Gruppe auf hochbelasteten und teils sicherheitsrelevanten Strukturen im Fahrzeug- und Flugzeugbau, aber auch auf beweglichen Mess- und Arbeitsplattformen zu Lande und in der Luft sowie zunehmend im klassischen Maschinenbau, wo Komponenten zur Reduktion von Verschleiss und Energieverbrauch gewichtsoptimiert werden müssen. Von der Definition der Auslegungslasten über die Konstruktion und Festigkeitsberechnung bis hin zu statischen und dynamischen Tests an Prototypen werden alle Tätigkeiten einschliesslich eines professionellen Projektmanagements abgedeckt. Eine weitere Spezialität ist das Erstellen von Gutachten im Hinblick auf die Festigkeit (statisch, betriebs- und dauerfest) hochbelasteter, auch geschweisster metallischer Strukturen z.B. für Schienenfahrzeuge.

Hochdynamische kinematische Mechanismen

Schnelllaufende Antriebe und Mechanismen wie sie z.B. in Produktions- und Arbeitsmaschinen vorkommen verursachen hohe Massenkräfte und müssen deshalb u.a. zur Verringerung der Lagerbelastungen und des Energieverbrauchs gewichtsoptimiert werden. Die Schwerpunktgruppe Leichtbautechnik verfügt dazu über ein profundes Know-How in der Anwendung von Mehrkörper- sowie impliziten und expliziten FE-Methoden zur Simulation, Auslegung und Optimierung hochdynamischer Mechanismen. Zusätzlich können im institutseigenen Fallturm die dazu notwendigen Materialparameter nichtmetallischer Werkstoffe im Hochgeschwindigkeitszug- bzw. druckversuch ermittelt werden.

Aeroelastizität

Aeroelastische Berechnungen erlauben eine genauere Bestimmung der Lasten und Verschiebungen von Strukturen, die sich in einem Fluid bewegen wie z.B. ein von Luft umströmter Tragflügel oder das Förderrad einer Pumpe. Ebenso kann die statische und dynamische Stabilität dieser Strukturen beurteilt werden, was insgesamt eine sicherere gewichts- und funktionsoptimierte Dimensionierung dieser Strukturen ermöglicht.

Kollisionssichere konstruktive Gestaltung und Personenschutz

Ein erhöhtes Sicherheitsbewusstsein der Konsumenten und verschärfte Zulassungsvorschriften führen vermehrt zur Entwicklung verformbarer Strukturen und energieabsorbierender Polsterungen. Diese sollen den Menschen bei Fahrzeugkollisionen, Bruchlandungen von Flugzeugen oder Anprallen auf Autofronten oder Schranken (z.B. Eishockeybanden) besser vor Verletzungen schützen.

Dank der mehrjährigen Arbeit auf diesem Gebiet besitzt das IMES eine fundierte Erfahrung bei der Auslegung derartiger sicherheitsrelevanter Strukturen. Dynamische Komponenten-Testanlagen erlauben das Überprüfen der Simulationsresultate schneller Verformungsvorgänge und das Validieren von Materialmodellen. Zudem lassen sich fertige Bauteile oder Körperpolster in ihrer Funktion testen und zertifizieren.