Lehre am Institut für Leichtbau

#Masterarbeit #Berechnung - Auslegung und Analyse von Bauteilen aus additiv gefertigten, endlosfaserverstärkter Composites zur geklebten Lasteinleitung

Hintergrund:

Die Vorteile des Leichtbauwesens werden heutzutage in den meisten Branchen als fester Bestandteil für die Konstruktion und Produktion von Bauteilen genutzt. Durch die Anwendung leichtbautypischer Konzepte können deutliche Verbesserungen von mechanischen Eigenschaften und zugleich eine Reduzierung des Gewichts- und des Kostenfaktors der Bauteile erzielt werden. Um weitere Optimierungen zu erreichen, wird in unterschiedlichsten Bereichen weiter intensiv geforscht.

Die additive Fertigung, die heutzutage als die industrielle Revolution des letzten Jahrzehnts gehandelt wird [1], sei hierfür nur ein Beispiel. Durch sie lassen sich komplexe Bauteilgeometrien mit hoher Flexibilität erzeugen. Hierbei kommen verschiedenartige Verfahren, wie zum Beispiel das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren, unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Materialien, bspw. Polymere, zum Einsatz.

Um den Grundgedanken des Leichtbauwesens aufzugreifen, umfasst ein Forschungsthema die Erstellung von additiv gefertigten, endlosfaserverstärkten Kompositen. Ziel ist es, durch optimale Auslegung der Endlosfaser im Bauteil eine deutliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Aufgabenstellung:

Die zu erstellende Masterarbeit befasst sich mit der Herstellung und Analyse additiv gefertigter, endlosfaserverstärkter Kompositen. Hierbei soll eine numerische Berechnung für luftfahrzeugtypische Bauteile, bei denen die Lasteinleitung über eine Klebeverbindung erfolgt, durchgeführt werden. Mittels numerisch ermittelter Lastpfade soll zudem eine Auslegestrategie der Endlosfasern bestimmt werden. Diese sollen letztlich unter Zuhilfenahme eines Druckers hergestellt und anhand verschiedener Prüfungen verifiziert werden.

Abbildung 1: Numerische Simulation der Verbindungstechnik Klebung - Quelle: [2]

Arbeitsumfang:

• Einarbeitung in die Theorie und Literaturrecherche zu den Themen Fused Deposition Modelling-Verfahren, Finite-Element-Methode von isotropen Materialien und Klebeverbindungen,
• Herstellung und Analyse eines Bauteils mittels Klebeverbindung durch die Finite-Element-Methode,
• Bestimmung einer Auslegestrategie der Endlosfasern im Bauteil,
• Additive Fertigung der Bauteile und Untersuchung des mechanischen Verhaltens, inklusive Versuchsauswertung.

Was Sie mitbringen:

• Technisches Studium, wie bspw. Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau oder ein vergleichbarer Studiengang,
• Experimentelles Geschick und Begeisterung für innovative Fertigungsverfahren,
• Interesse an anspruchsvollen Fragestellungen, sowie ein hohes Maß an Eigeninitiative und Teamgeist und
• Interesse und Vorkenntnisse im Bereich der Finiten-Element-Methode und der Fügetechnik für den Leichtbau (Klebeverbindung)

Was Sie erwarten können:

• Ideale Rahmenbedingungen für eine theoretische und praxisorientierte Abschlussarbeit,
• Die Verfügbarkeit der erforderlichen Maschinen zur Erstellung und Prüfung der Bauteile und
• Bestmögliche Unterstützung während der Bearbeitungszeit.

Literatur:

[1] Burkatzki, Katrin, Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, 3D-Druck aber schon. 2018, https://3druck.com/gastbeitraege/warum-industrie-4-0-keine-revolution-ist-3d-druck-schon-4267190/

[2] Gebhardt, Christof, Numerische Simulation in der Verbindungstechnik.2014, https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/numerische-simulation-in-der-verbindungstechnik-a-460268/

Kontakt:

Sollte Ihr Interesse geweckt worden sein, wenden Sie sich gerne jederzeit an:

Dominik Leubecher, OLt und M.Eng.
Tel.: 089-6004-5608
Büro: Geb. 37, Raum 1108
E-Mail: dominik.leubecher@unibw.de

#Masterarbeit #Berechnung - Auslegung und Analyse von Bauteilen aus additiv gefertigten, endlosfaserverstärkter Composites zur verschraubten Lasteinleitung

Hintergrund:

Die Vorteile des Leichtbauwesens werden heutzutage in den meisten Branchen als fester Bestandteil für die Konstruktion und Produktion von Bauteilen genutzt. Durch die Anwendung leichtbautypischer Konzepte können deutliche Verbesserungen von mechanischen Eigenschaften und zugleich eine Reduzierung des Gewichts- und des Kostenfaktors der Bauteile erzielt werden. Um weitere Optimierungen zu erreichen, wird in unterschiedlichsten Bereichen weiter intensiv geforscht.

Die additive Fertigung, die heutzutage als die industrielle Revolution des letzten Jahrzehnts gehandelt wird [1], sei hierfür nur ein Beispiel. Durch sie lassen sich komplexe Bauteilgeometrien mit hoher Flexibilität erzeugen. Hierbei kommen verschiedenartige Verfahren, wie zum Beispiel das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren, unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Materialien, bspw. Polymere, zum Einsatz.

Um den Grundgedanken des Leichtbauwesens aufzugreifen, umfasst ein Forschungsthema die Erstellung von additiv gefertigten, endlosfaserverstärkten Kompositen. Ziel ist es, durch optimale Auslegung der Endlosfaser im Bauteil eine deutliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Aufgabenstellung:

Die zu erstellende Masterarbeit befasst sich mit der Herstellung und Analyse additiv gefertigter, endlosfaserverstärkter Kompositen. Hierbei soll eine numerische Berechnung für luftfahrzeugtypische Bauteile, bei denen die Lasteinleitung mittels einer Schraubenverbindung erfolgt, durchgeführt werden.

Über die numerisch ermittelten Lastpfade soll eine Auslegestrategie der Endlosfaser bestimmt werden. Diese sollen dann unter Zuhilfenahme eines Druckers erzeugt und anhand verschiedener Prüfungen verifiziert werden.

Abbildung 1: Numerische Simulation der mechanischen Verbindungstechnik (Schraubenverbindung) [2]

Arbeitsumfang:

• Einarbeitung in die Theorie und Literaturrecherche zu den Themen Fused Deposition Modelling-Verfahren, Finite-Element-Methode von isotropen Materialien und Schraubenverbindungen,
• Herstellung und Analyse eines Bauteils mittels Schraubenverbindung durch die Finite-Element-Methode,
• Bestimmung einer Auslegestrategie der Endlosfasern im Bauteil,
• Additive Fertigung der Bauteile und
• Untersuchung des mechanischen Verhaltens, inklusive Versuchsauswertung.

Was Sie mitbringen:

• Technisches Studium wie bspw. Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau oder ein vergleichbarer Studiengang,
• Experimentelles Geschick und Begeisterung für innovative Fertigungsverfahren,
• Interesse an anspruchsvollen Fragestellungen sowie ein hohes Maß an Eigeninitiative und Teamgeist und
• Interesse und Vorkenntnisse im Bereich der Finiten-Element-Methode und der Fügetechnik für den Leichtbau (Schraubenverbindung).

Was Sie erwarten können:

• Ideale Rahmenbedingungen für eine theoretische und praxisorientierte Abschlussarbeit,
• Die Verfügbarkeit der erforderlichen Maschinen zur Erstellung und Prüfung der Bauteile und
• Bestmögliche Unterstützung während der Bearbeitungszeit.

Literatur:

[1] Burkatzki, Katrin, Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, 3D-Druck aber schon. 2018, https://3druck.com/gastbeitraege/warum-industrie-4-0-keine-revolution-ist-3d-druck-schon-4267190/

[2] S.M.I.L.E.-FEM, Simulation von Schraubenverbindungen nach Eurocode mittels FEM.2014, https://smile-fem.de/referenzprojekte.html

Kontakt:

Sollte Ihr Interesse geweckt worden sein, wenden Sie sich gerne jederzeit an:

Dominik Leubecher, OLt und M.Eng.
Tel.: 089-6004-5608
Büro: Geb. 37, Raum 1108
E-Mail: dominik.leubecher@unibw.de

#Berechnung - Entwicklung eines Materialmodells für die Simulation des Heiß-Isostatischen-Pressens von additiv gefertigen Bauteilen

Hintergrund

Das Heiß-Isostatische-Pressen (HIP) ist das Standard Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Metallbauteilen. Dabei wird das Bauteil unter hohem Druck von ca. 500 bar - 3000 bar und bei Temperaturen von ca. 500 °C – 1400 °C in einem Inertgas ausgelagert [1]. Unter diesen Bedingungen schrumpfen die Poren [2] und Eigenspan-nungen und Gefüge werden homogenisiert [3]. Das Ergebnis ist dabei jedoch sehr stark von den ge-wählten Prozessparametern und der Bauteilgeometrie abhängig und kann unter Umständen auch zu starkem Verzug und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen. Hinzu kommt, dass im Gegensatz zur konventionellen Wärmebehandlung das HIP-Verfahren sehr teuer ist. Somit ist das Optimieren des HIP-Prozesses per trial and error ein sehr kostspieliges Unterfangen.

a)    b) 

μCT-Scan einer additiv gefertigten Titanprobe vor (a) und nach (b) dem HIP-Prozess. Poren sind zur besseren Übersicht rot eingefärbt [2].

Aufgabenstellung und Arbeitsumfang

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Materialmodell für die Simulation des HIP-Prozesses erstellt wer-den, dass in Abhängigkeit der Prozessparameter die relevanten lokalen Gegebenheiten (z.B. Eigen-spannungen, Gefüge, Porenverteilung, Materialkennwerte) abschätzt. Dies umfasst die nachfolgen-den Schritte:

• Literaturrecherche zu den dem HIP-Prozess zu Grunde liegenden physikalischen Prozessen
• Entwicklung einer Simulationsmethode für den HIP-Prozess auf Basis einer gekoppelten thermischen Spannungsanalyse (ABAQUS Standard) unter Berücksichtigung von:
  • Eigenspannungen
  • Verzug
  • Gefügeumwandlungen
  • Porenschrumpf

Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Dr.-Ing. Stefan Slaby
Tel.: 089-6088-3815
eMail: slaby@iabg.de

Literatur

[1] B. P. L. 333 The Sty, 47 Upper King Street, Royston, Hertfordshire SG8 9AZ (01763) 222, „The Effects of Hot Isostatic Pressing of Platinum Alloy Castings on Mechanical Properties and Microstructures“, Johnson Mat-they Technology Review, 10-Juli-2015. 

[2] S. Tammas-Williams, P. J. Withers, I. Todd, und P. B. Prangnell, „The Effectiveness of Hot Isostatic Pressing for Closing Porosity in Titanium Parts Manufactured by Selective Electron Beam Melting“, Metall. Mater. Trans. A, Bd. 47, Nr. 5, S. 1939–1946, Mai 2016.

[3] E. Uhlmann, R. Kersting, T. B. Klein, M. F. Cruz, und A. V. Borille, „Additive Manufacturing of Titanium Alloy for Aircraft Components“, Procedia CIRP, Bd. 35, S. 55–60, Jan. 2015.

#Experimentell - Reibrührschweißen von thermoplastischen Kunststoffen

Hintergrund

Gegenwärtig werden in Leichtbaustrukturen vorwiegend faserverstärkte Kunststoffe (FVK) mit duroplastischer Matrix verwendet. Vermehrt rücken aber auch FVKs mit thermoplastischer Matrix in den Fokus der Leichtbauforschung, u. a. wegen der besseren Recyclierbarkeit und den geringeren Kosten. Damit einhergehend werden passende Fügeverfahren untersucht, insbesondere das Reibrührschweißen.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit soll das Reibrührschweißen in der lehrstuhleigenen Werkhalle erstmals durchgeführt werden. Die genaue Umsetzung ist dabei nicht vorgegeben, sondern ein wesentlicher Teil dieser Arbeit. Bei den Materialtests der gefertigten Proben kann auf die vorhandenen Prüfmaschinen zurückgegriffen werden

Schritte

• Literaturrecherche
• Planung und Aufbau eines Versuchsstands
• Durchführung der Reibrührschweißversuche
• Materialtests der gefertigten Proben
• Dokumentation des Vorgehens und der Ergebnisse

Voraussetzungen

• Interesse an experimenteller Arbeit
• Handwerkliches Geschick

Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Erhard Buchmann
Tel.: 089-6004-3252
Büro: Geb. 37, Raum 1107
eMail: erhard.buchmann@unibw.de

#Experimentell - Herstellung und Untersuchung von Leichtbau-CFK-Gittern Sandwichkerne mittels 3D-Druckform

Hintergrund

Geometrisch gestaltete Sandwichkerne in Kombination mit Hochleistungswerkstoffen wie Faserverbundwerkstoffe bieten neue Erkenntnisse für die Entwicklung von neuen Materialien der Interessensgebiete der Luft- und Raumfahrt, Optikbranche und andere ähnliche Unternehmen [1], aufgrund ihrer großen Vielseitigkeit, hohe Belastbarkeit und Stabilität.

Im Rahmen des Projekts namens "Development of ultra-light weight CFRP sandwich cores" [2] arbeiten das Institut für Leichtbau (LRT6) und das Institut für Produktentwicklung (LRT3) an der UniBw zusammen. Ziel dieses Projekts ist es daher, neuartige Sandwichkerne auf der Basis von CFK-Stäbe zu entwickeln und gleichzeitig neue Fertigungspfade zu implementieren, die durch 3D-Drucktechniken unterstützt werden [3].

Zur Fortsetzung einen Teil dieser Arbeit werden originelle Ansätze und neue Methoden für den Aufbau von CFK-Materialen.

Aufgabenstellung

Kommende Bachelorarbeit befasst sich mit der Herstellung und Analyse von Ultraleichtkernen. Dichten unter 50 kgm^-3 sind zu erzielen. Dabei bieten CFK-Stäbe mit verschieden Durchmessern eine simple, aber effektive Wahl für den Aufbau dieser Strukturen sowie CFK-Laminaten als Deckshäute, wobei eine 3D-gedruckte Form als Träger verwendet wird. Die Form muss erst mit einer CAD-Software entworfen werden.

Zur Überprüfung dieser Strukturen werden einachsige quasistatische Druck- und Schubtesten durchführen.

Bei der Untersuchung der CFK-Sandwichplatten wird sich ein unterschiedliches Spannungsverhalten in Bezug auf den Einfluss des Durchmessers ergeben. Durch makromechanischen Analysen konnten die Versagensarten der Proben im Voraus untersucht werden.

Arbeitsumfang

• Einarbeitung in die Theorie sowie eine Literaturrecherche,
• Wahl der Größe, Konfiguration und Fertigungsstrategien der Probe,
• CAD-Dateiparametrierung und negative CAD-Grün-Entwicklung der Sandwichkerne,
• Herstellung der Sandwichkerne,
• Untersuchung des mechanischen Verhaltens,
• Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung,
• Dokumentation und übersichtliche Darstellung der Ergebnisse.

Literatur

[1] Allen, H.G., Analysis and design of structural sandwich panels. 1969, Oxford; New York: Pergamon Press.

[2] Vitale, J.P., et al., Manufacturing and compressive response of ultra-lightweight CFRP cores. Composite Structures, 2018.194: p. 188-198.

[3] Montero, J., Paetzold, K., Bleckmann, M. and Holtmannspoetter, J. (2018), “Re-design and re-manufacturing of discontinued spare parts implementing additive manufacturing in the military field”, 15th International Design Conference.

Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Pablo Vitale
Tel.: 089-6004-3250
Büro: Geb. 37, Raum 1105
eMail: pablo.vitale@unibw.de

#Berechnung - Simulation von zylindrischen CFK-Proben unter kombinierter Axial- und Torsionsbelastung und Untersuchung von Probenparametern und Krafteinleitungselementen

Hintergrund

Neben der zur Materialkennwerteermittlung üblichen einachsigen Werkstoffprüfung sind insbesondere bei anisotropen Werkstoffen wie CFK real auftretende Belastungszustände abzubilden und prüfen zu können von großem Interesse. Dazu wird derzeit am Institut für Leichtbau eine Prüfeinrichtung entworfen, die rohrförmige CFK-Proben biaxial auf Zug-/Druck- und Torsionskräften belasten kann. Diese kombinierte Belastung soll dabei dynamisch aufgebracht werden. Durch diese Art der Werkstoffprüfung wird es möglich, jeden biaxialen Belastungszustand auf einen Probekörper aufzubringen, sowohl statisch, als auch dynamisch.

Aufgabenstellung

Um abschätzen zu können welche Spannungen an den Proben auftreten und insbesondere wie die Kräfte über geeignete Einleitungselemente in die Probe übertragen werden können, soll hierzu zunächst eine analytische Berechnung und anschließend eine numerische Simulation durchgeführt werden. Dabei sollen verschiedene Probenparameter (Laminataufbau, Durchmesser, Wandstärke, etc.), sowie Konzepte zur Krafteinleitung untersucht werden.

Arbeitspunkte

• Literaturrecherche: Grundlagen Faserverbundkunststoffe, Krafteinleitungselemente, Werkstoffprüfung von zylindrischen Proben aus FVK, numerische Simulation von Faserverbundkunststoffen
• Abschätzung der Probenspannungen und Versagenslasten mittels Klassischer Laminattheorie (CLT) als Parameteruntersuchung
• Entwurf von Konzepten für die Krafteinleitung
• Abbildung, Simulation und Parameteruntersuchung mittels FEM

Notwendiges Vorwissen

• Grundkenntnisse Faserverbundkunststoffe (insbesondere CLT) wünschenswert
• Kenntnisse in CAD und Finite Element Methoden, optimaler Weise Simulation von FVK
• Eigenständige und strukturierte Arbeitsweise

Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Nikolas Korte M.Sc.
Tel.: 089-6004-3252
Büro: Geb. 37, Raum 1107
eMail: nikolas.korte@unibw.de

#Experimentell - Additive Fertigung endlosfaserverstärkter Kompositen – Machbarkeitsstudie zur optimalen Nutzung des Drucksystems

Hintergrund:

Die Vorteile des Leichtbauwesens werden heutzutage in den meisten Branchen als fester Bestandteil für die Konstruktion und Produktion von Bauteilen genutzt. Durch die Anwendung leichtbautypischer Konzepte können deutliche Verbesserungen von mechanischen Eigenschaften und zugleich eine Reduzierung des Gewichts- und des Kostenfaktors der Bauteile erzielt werden. Um weitere Optimierungen zu erreichen, wird in unterschiedlichsten Bereichen weiter intensiv geforscht.

Die additive Fertigung, die heutzutage als die industrielle Revolution des letzten Jahrzehnts gehandelt wird [1], sei hierfür nur ein Beispiel. Durch sie lassen sich komplexe Bauteilgeometrien mit hoher Flexibilität erzeugen. Hierbei kommen verschiedenartige Verfahren, wie zum Beispiel das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren, unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Materialien, bspw. Polymere, zum Einsatz.

Um einen essenziellen Forschungsbeitrag in diesem Bereich gewährleisten zu können, hat das Institut für Leichtbau die Beschaffung eines solchen Drucksystems eingeleitet. Dieses soll – unter dem Aspekt der Erstellung von endlosfaserverstärkten Kompositen – auf dessen technische Grenzen untersucht werden.

Aufgabenstellung:

Die anstehende Studienarbeit befasst sich im Schwerpunkt mit der Durchführung einer Machbarkeitsstudie zur optimalen Nutzung des zu beschaffenden. Hierbei soll die Produktion von Bauteilen unter der Verwendung unterschiedlicher Parametereinstellungen getestet werden. Diese Bauteile sollen im Anschluss verschiedenartigen, mechanischen Prüfungen unterzogen werden.

Arbeitsumfang:

• Einarbeitung in die Theorie und Literaturrecherche zu den Themen Fused Deposition Modelling-Verfahren und Erstellung additiv gefertigter Kompositen,
• Einarbeitung in das Drucksystem,
• Durchführung einer Machbarkeitsstudie unter Verwendung unterschiedlicher Parametereinstellungen,
• Additive Fertigung von Probekörpern und
• Untersuchung des mechanischen Verhaltens der Probekörper, inklusive Versuchsauswertung.

Was Sie mitbringen:

• Technisches Studium, wie bspw. Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau oder ein vergleichbarer Studiengang,
• Experimentelles Geschick und Begeisterung für innovative Fertigungsverfahren und
• Interesse an anspruchsvollen Fragestellungen sowie ein hohes Maß an Eigeninitiative und Teamgeist.

Was Sie erwarten können:

• Ideale Rahmenbedingungen für eine theoretische und praxisorientierte Abschlussarbeit,
• Die Verfügbarkeit der erforderlichen Maschinen zur Erstellung und Prüfung der Bauteile und
• Bestmögliche Unterstützung während der Bearbeitungszeit.

Literatur:

[1] Burkatzki, Katrin, Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, 3D-Druck aber schon. 2018, https://3druck.com/gastbeitraege/warum-industrie-4-0-keine-revolution-ist-3d-druck-schon-4267190/

Kontakt:

Sollte Ihr Interesse geweckt worden sein, wenden Sie sich gerne jederzeit an:

Dominik Leubecher, OLt und M.Eng.
Tel.: 089-6004-5608
Büro: Geb. 37, Raum 1108
E-Mail: dominik.leubecher@unibw.de

#Experimentell - Reibrührschweißen von Composites bei Airbus (in Ottobrunn/Taufkirchen)

Hintergrund

Ein großes Forschungsthema für zukünftige Leichtbaustrukturen sind Composites mit thermoplastischer Matrix, u.a. wegen des hohen Großserienpotentials und der wesentlich besseren Nachhaltigkeit im Vergleich zu Duroplasten. Damit einhergehend werden passende Fügeverfahren untersucht, insbesondere das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW). Bei Airbus wird an dieses Thema in Ottobrunn an einer roboterbasierten FSW-Anlage geforscht.

Aufgabenstellung

In einer vorangegangen Masterarbeit wurden grundlegende Versuche zum Rührreibschweißen von Hochleistungs-Faserverbundkunststoffen mit thermoplastischer Matrix durchgeführt. Bei der Analyse der Ergebnisse wurden wesentliche Forschungsrichtungen identifiziert, welche in dieser Arbeit weiterverfolgt werden sollen: Unter anderem die Untersuchung der Temperaturführung und des Werkzeugs. Nach einer Literaturrecherche sollen entsprechende FSW-Versuche und anschließend aussagekräftige Schweißnahtanalysen bei Airbus in Ottobrunn durchgeführt werden.

Schritte

• Literaturrecherche
• Einarbeitung in den FSW-Roboter bei Airbus
• Planung von Versuchen und Analysemethoden
• Versuchsdurchführung und Analyse der Schweißproben
• Dokumentation des Vorgehens und der Ergebnisse

Voraussetzungen

• Interesse an experimenteller Arbeit
• Bereitschaft zur Durchführung der Arbeit bei Airbus in Ottobrunn
• Eigenverantwortliches Arbeiten

Kontakt

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Erhard Buchmann
Tel.: 089-6004-5602
Büro: Geb. 37, Raum 1107
eMail: erhard.buchmann@unibw.de

#Masterarbeit #Berechnung - Lokale Oberflächenvorbehandlung von Luftfahrzeugstrukturen aus Aluminiumlegierungen für geklebte Reparaturen

Lokale Oberflächenvorbehandlung von Luftfahrzeugstrukturen aus Aluminiumlegierungen für geklebte Reparaturen

Im Forschungsprojekt „Fortschrittliche Flugzeugstrukturen (FFS)“ forschen Airbus, das WIWeB und verschiedene DLR Institute gemeinsam an neuen Technologien für zukünftige Luftfahrtzeuge. Die Entwicklung von Reparaturverfahren für dünne metallische Strukturen ist dabei ein Untersuchungsgebiet. Für Luftfahrzeugbauteile aus Aluminiumlegierungen müssen bei klebtechnischen Reparaturen die Oberflächen lokal vorbehandelt werden, um hohe Haftkräfte und die Dauerhaftigkeit, d.h. primär eine Alterungsbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, zu erreichen.

Zusammen mit dem Kooperationspartner Airbus soll die lokale Vorbehandlung mittels „Dalistick“ untersucht werden. Hierbei handelt es sich um ein mobiles Gerät, das durch Anodisieren (elektrochem. Oxidation) die Oberflächen für das Kleben modifiziert. Ziel der Arbeit ist der Wissensaufbau um die Funktion, Wirkung des Verfahrens und Leistungsfähigkeit der so erzeugten Klebungen.

Die Arbeit beinhaltet im Wesentlichen folgende Arbeitspakete (optional):

• Literaturrecherche zu den Themengebieten Kleben von Aluminiumlegierungen, Oberflächenvorbehandlung für die Reparatur von Aluminiumstrukturen mit dem Schwerpunkt elektrochemische Prozesse
• Vorbehandeln, d.h. Anodisieren von Aluminiumproben mittels robotergeführtem „Dalistick“ unter Variation der Prozessparameter (OTN)
• Durchführung oberflächenanalytischer Untersuchungen (REM, EDX, IR, XPS) zur Charakterisierung der erzeugten Oberflächen in Hinblick auf Korrosionsschutz und Klebbarkeit (ED)
• Untersuchung der Elektrolyten mittels chemischer Analytik (ED)
• Herstellung und Prüfung von Klebeproben (Schälproben) sowie anschließender Bewertung der Bruchbilder mit Hilfe geeigneter Analytik (OTN, ED)
• Durchführung von beschleunigten Alterungstests geklebter Proben (ED)
• Auswertung, Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

Die experimentellen Arbeiten sollen teils am WIWeB in Erding (ED) und bei Airbus CRT in Ottobrunn (OTN) durchgeführt werden. Hauptarbeitsort ist dabei das WIWeB. Eine Unterkunft im Fliegerhorst Erding kann bei Bedarf ggf. zur Verfügung gestellt werden.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Elisa Arikan (WIWeB), ElisaArikan@bundeswehr.org

PD Dr.-Ing. habil. Jens Holtmannspötter (WIWeB), JensHoltmannspoetter@bundeswehr.org

#Berechnung - Auslegung von Endlosfasern in einem additiv gefertigten Faserkunststoffverbund

Hintergrund

Die Vorteile des Leichtbaus werden heutzutage in den meisten Branchen als fester Bestandteil für die Konstruktion und Produktion von Bauteilen genutzt. Durch die Anwendung leichtbautypischer Konzepte können deutliche Verbesserungen von mechanischen Eigenschaften und zugleich eine Reduzierung des Gewichts- und des Kostenfaktors der Bauteile erzielt werden. Um weitere Optimierungen zu erreichen, wird in unterschiedlichsten Bereichen intensiv geforscht.

Die additive Fertigung, die heutzutage als die industrielle Revolution des letzten Jahrzehnts gehandelt wird [1], sei hierfür nur ein Beispiel. Durch sie lassen sich komplexe Bauteilgeometrien mit hoher Flexibilität erzeugen. Dabei kommen verschiedenartige Verfahren, unter anderem das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren, unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Materialien, bspw. Polymere, zum Einsatz.

Um den Grundgedanken des Leichtbaus aufzugreifen, umfasst ein Forschungsthema die Erstellung von additiv gefertigten, endlosfaserverstärkten Kompositen. Ziel ist es, durch optimale Auslegung der Endlosfaser im Bauteil eine deutliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Aufgabenstellung und Arbeitsumfang

Die zu erstellende Bachelorarbeit befasst sich mit der Auslegung der Endlosfasern für einen additiv gefertigten Kompositen. Aufgrund der Ergebnisse einer linearen Finiten-Element-Analyse sollen über ein Matlab-Programm die Hauptspannungstrajektorien eruiert werden.  Die auszugebenden Splines sollen unter Zuhilfenahme einer bestimmten Software eingepflegt und gedruckt werden.

Abbildung 1: Auslegung der Endlosfasern entsprechend der HS-Trajektorien [2]

Arbeitsumfang

• Einarbeitung in die Theorie und Literaturrecherche zu den Themen Fused Deposition Modelling-Verfahren, Finite-Element-Methode von isotropen Materialien,
• Ausgabe der Ergebnisse über das FEA-Programm,
• Verfassen eines Matlab-Skripts zur Bestimmung der Hauptspannungstrajektorien,
• Additive Fertigung der Bauteile und
• Untersuchung des mechanischen Verhaltens.

Was Sie mitbringen:

• Technisches Studium, wie bspw. Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau oder ein vergleichbarer Studiengang,
• Experimentelles Geschick und Begeisterung für innovative Fertigungsverfahren,
• Interesse an anspruchsvollen Fragestellungen sowie ein hohes Maß an Eigeninitiative und Teamgeist und
• Interesse und Vorkenntnisse im Bereich der Finiten-Element-Methode und der Programmierung in Matlab.

Was Sie erwarten können:

• Ideale Rahmenbedingungen für eine theoretische und praxisorientierte Abschlussarbeit,
• Die Verfügbarkeit der erforderlichen Maschinen zur Erstellung und Prüfung der Bauteile und
• Bestmögliche Unterstützung während der Bearbeitungszeit.

Kontakt

Sollte Ihr Interesse geweckt worden sein, wenden Sie sich gerne jederzeit an:

Dominik Leubecher, Hptm und M.Eng.
Tel.: 089-6004-5608
Büro: Geb. 37, Raum 1108
E-Mail: dominik.leubecher@unibw.de

Quellen

[1] Burkatzki, Katrin, Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, 3D-Druck aber schon. 2018, https://3druck.com/gastbeitraege/warum-industrie-4-0-keine-revolution-ist-3d-druck-schon-4267190/

[2] Institute for Constructional Lightweight Design and Wood K plus

#Masterarbeit #Berechnung - Untersuchung von Einflussparametern auf die Vorhersagequalität thermo-elastischer Deformationen hochpräziser Satelliten CFK-Strukturen

Das Unternehmen:

Die OHB System AG gehört zu den Top 3 Unternehmen der europäischen Raumfahrt und ist ein Systemhaus spezialisiert auf die Entwicklung und den Bau komplexer Systeme für Raumfahrt, Wissenschaft und industrielle Anwendungen.

Die beschriebene Stelle wird am Standort München/Oberpfaffenhofen angeboten.

Aufgabenstellung:

Für die Realisierung ehrgeiziger optischer Nutzlasten für Beobachtungssatelliten ist die thermo-elastische Betrachtung der Satelliten und Nutzlasten von entscheidender Bedeutung. Dabei geht es um die Vorhersage von thermo-elastischen Verformungen im Mikrometer Bereich. Für diese Art von Finite Elemente Modellierung und Simulation hat sich bei OHB ein gewisser Standard etabliert und eine Tool Landschaft entwickelt. Allerdings fehlt eine belastbare Validierung der verwendeten Tools. Das heißt, es ist nicht bekannt, wie belastbar sind die Analyseergebnisse, bzw. wie muss ich modellieren und simulieren um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen. Ziel dieser Masterarbeit ist es, auf Basis existierender Testergebnisse und FE Modelle, Einflussparameter zu bestimmen, Korrelationen herbeizuführen und Richtlinien zu erarbeiten, wie Thermo-elastisch modelliert werden muss.

Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in das Thema Thermo-elastik
• Literaturrecherche zu Thermo-elastischer Korrelation
• Einarbeitung in die OHB Thermo-Elastik-Tools
• Identifikation von Einflussparametern
• Parameterstudien an einfachen und realen Beispielen
• Herausarbeitung von Möglichkeiten, Grenzen und offenen Punkten
• Dokumentation.

Erforderliche Kenntnisse:

• Selbständigkeit & Teamgeist sowie Freude an interdisziplinärer Arbeit
• Kenntnis der Finite Elemente Methode
• Strukturmechanische Kenntnisse
• Systematische Arbeitsweise

Verwendete Software:

• Hypermesh
• NASTRAN
• Matlab
• MS Office

Das wird geboten:

• Voller Einblick in das Tätigkeitsfeld eines Strukturingenieurs in der Raumfahrt
• Spannende Aufgaben im Raumfahrtbereich
• Thermo-elastische Analyse von realen Satellitenstrukturen

Kontakt:

Sollte Ihr Interesse geweckt worden sein, wenden Sie sich gerne jederzeit an:

Erhard Buchmann
Tel.: 089-6004-5606
Büro: Geb. 37, Raum 1107
E-Mail: erhard.buchmann@unibw.de

Kontakt des Betreuers bei OHB:

Dr.-Ing. Stephan Rapp
Tel.: 08153-4002-245
OHB Systems AG, Manfred-Fuchs-Straße 1, 82234 Weßling
E-Mail: stephan.rapp@ohb.de