Excellence in Lightweight Design -...

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Fakultät Maschinenwesen, Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich List“

Excellence in Lightweight Design

Material Design Simulation Prozess Qualität


Dresden – Der deutsche Forschungsstandort

Eine einzigartige Forschungslandschaft und idealer Standort für Hochtechnologie-Unternehmen

Helmholtz-Zentrum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)

Leibniz-Institute Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Institut für Polymerforschung (IPF) Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR)

Max-Planck-Institute Institut für Physik komplexer Systeme (PKS) Institut für Chemische Physik fester Stoffe (CPFS) Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG)

Fraunhofer-Institute Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Center Nanoelektronische Technologien (CNT) Institutsteil, All Silicon System Integration Dresden (ASSID) Institutsteil, Werkzeugmaschinen u. Umformtechnik (IWU) Anwendungszentrum, Verarbeitungsmaschinen und

Verpackungstechnik (AVV), Außenstelle des IVV Freising Institutsteil, Entwurfsautomatisierung (EAS) Institutsteil, Fertigungstechnik und Angewandte

Materialforschung (IFAM) Einrichtung für Organik, Materialien und Elektronische

Bauelemente (COMEDD)

HZDR


©Steffen Weigelt

©TUD

Die TU Dresden

Über 37.000 Studierende

davon ca. 50% Ingenieurinnen u. Ingenieure

Über 8.200 Angestellte

→ größter Arbeitgeber der Region

14 Fakultäten in 5 Bereichen

• Ingenieurwissenschaften

• Geistes- und Sozialwissenschaften

• Mathematik und Naturwissenschaften

• Bau und Umwelt

• Medizin

©TUD


Von den Grundlagen bis zur Anwendung

Forschungs- und Entwicklungspartner der Industrie auf dem Gebiet des Leichtbaus

60 Mitarbeiter

Entwurf, Konstruktion und Herstellung von Prototypen und Kleinserien

20 Mitarbeiter

Grundlagenorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet des Leichtbaus

240 Mitarbeiter

TRL 1-4 TRL 3-6 TRL 6-9


Das ILK am Leichtbau-Campus Dresden

LIZ: Leichtbau-Innovationszentrum

KAZ: Kunststoff-Anwendungszentrum

PEZ: Prozess-Entwicklungszentrum


Unsere ILK Vision

Das ILK ist

das international anerkannte Institut für

Forschung, Entwicklung und

studentische Ausbildung

für den

funktionsintegrativen Systemleichtbau

in Multi-Material-Design


Das ILK Zukunftsportfolio 2030

1. Materialsysteme für zukunftsfähige Mischbauweisen

2. Materialverständnis zur Entwicklung von Leichtbaustrukturen, -systemen und -prozessen

3. Gestaltungs- und Berechnungsmethoden für den Systemleichtbau in Multi-Material-Design

4. Virtuelle Entwicklung von Leichtbauwerkstoffen, -strukturen und -systemen sowie der

zugehörigen Prozesse über die gesamte Wertschöpfungskette

5. Werkstoffübergreifende Methoden und Technologien für geschlossene Recyclingkreisläufe

6. Funktionsintegrative Leichtbaustrukturen mit sensorischen und aktorischen Eigenschaften

7. Zerstörende und zerstörungsfreie Werkstoff-, Bauteil- und Systemcharakterisierung zur

experimentellen Begleitung der Entwicklung von Zukunftswerkstoffen

8. Ressourceneffiziente, selbstadaptierende Verarbeitungsprozesse

9. Nationale und internationale Kooperationen mit führenden Instituten sowie enge Kooperation

mit komplementären Wissenschaftsdisziplinen

10. Interdisziplinäre Ausbildung unter Vermittlung von breitem Grundlagen- und vertieftem

Spezialwissen mit hohem Praxisbezug

11. Synergetischer, ergebnisorientierter Wissens- und Technologietransfer mit enger Verknüpfung

von Forschung, Industrie und Lehre sowie lebendigem Alumni-Netzwerk


Der ILK Vorstand

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Werner Hufenbach

Seniorprofessur

Prof. Dr.-Ing. Niels Modler

Professur für Funktions- integrativen Leichtbau

Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude

Professur für Leichtbaudesign und Struktur- bewertung

Professur für Systemleichtbau und Misch- bauweisen

Prof. Dr. rer. nat. Hubert Jäger


Der ILK Lenkungskreis


Das ILK Team

Ingenieure Maschinenbau Werkstoffwissenschaften Elektrotechnik Mechatronik Fahrzeugtechnik Bauingenieurwesen

Techno-mathematiker

Informatiker

Physiker

Chemiker

Wirtschafts-ingenieure

Techniker

Wiss. & stud. Hilfskräfte

Jedes Jahr über 90 Absolventen in der unikalen Studienrichtung Leichtbau

Interdisziplinäres Team von 240 Mitarbeitern


F&E Kompetenzen des ILK

Auslegung & Berechnung

Fertigungs- technologien

Materialprüf. & Bauteiltest

Gestaltung & Konstruktion

FKV (Endlosfasern)

Multi-Material-Design

Funktionsintegration

Polymere

Metalle

MMC

Keramiken, Betone, CMC

DRESDEN- concept

ILK Inter-national


Deutschland … ILK führend in Multi-Material-Design

Berlin

Hamburg

Stade

Aachen

Darmstadt

Kaiserslautern

Karlsruhe

Würzburg

Bayreuth

München

Stuttgart

Augsburg

Dresden Chemnitz

Wolfsburg


Europa … Stärkung des ILK durch Kompetenz-Rundung

Polen UK


Welt … Stärkung des ILK durch Kompetenz-Erweiterung

USA Korea

Singapur

UK Polen

China

Unsere Märkte


CFK-Flugzeugrumpfsegment

Tragbandage aus CF/PEEK

Fahrzeugprojekt InEco

FKV/Stahl-Schweißzange

Aluminium-Crashstruktur GFK-Stabilisatorflosse


Materialmodelle Dr.-Ing. habil. R. Böhm

Entwicklung und experimentelle Verifizierung phänomenologisch basierter Materialmodelle für neuartige Leichtbauwerkstoffe, insbesondere Faserverbundwerkstoffe (FVW)

Versagen und Schädigung

Impact und Crash (Dehnratenabhängigkeit)

Ermüdung

Temperaturabhängigkeit

Langzeitverhalten

Probabilistische Effekte

[1] THIEME, M.; BÖHM, R.; GUDE, M.; HUFENBACH, W.: Probabilistic failure simulation of glass fibre reinforced weft-knitted thermoplastics. Composites Science and Technology 74 (2014), pp. 25-31

[2] BÖHM, R.; GUDE, M.; HUFENBACH, W.: A phenomenologically based damage model for textile composites with crimped reinforcement. Composites Science and Technology 70 (2010), pp. 81-87

[3] GUDE, M.; HUFENBACH, W.; KOCH, I.: Damage evolution of novel 3D textile-reinforced composites under fatigue loading conditions. Composites Science and Technology 70 (2010), pp. 186-192



Leichtbauweisen Dipl.-Ing. S. Kipfelsberger


Methodenentwicklung für Auslegung und Konstruktion

Technologie- und werkstoffneutrale ganzheitliche Gestaltungsansätze

Konzeption, Umsetzung und Vali-dierung neuartiger Leichtbauweisen

Erforschung von Fertigungstechnologien und korrespondierenden Werkzeugsystemen

Herstellung generischer Demonstratoren

Prüfstandkonzeption und -entwicklung für systemspezifische Sonderthemen

[1] HUFENBACH, W., HELMS, O.: Konstruieren von Strukturbauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden. FELDHUSEN, J., GROTE, K.-H. (HRSG.): Pahl/Beitz Konstruktionslehre. (2013), pp. 648-664

[2] LENZ, F. ET AL.: Gestaltung und Dimensionierung von Faserverbund-Antriebswellen in ultraleichter Mischbauweise. 6. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen. (2014), pp. 187-199

[3] GUDE, M. ET AL.: Design and automated manufacturing of profiled composite driveshafts. Sc. & Eng. of Composite Materials (2014) 2, pp. 187-197

Komplexe Gesamtsysteme

Prüfstandentwicklung (Bsp. Crash) Werkzeugentwicklung

Gestaltungsrichtlinien und Auslegungsmethoden


Numerische Verfahren Dr.-Ing. B. Grüber

Modellierung von FVW unter Berücksichtigung der textilen Architektur

Entwicklung und Kalibrierung von Materialmodellen für implizite und explizite FE-Systeme

Entwicklung von Vernetzungsstrategien und automatisierte Modellerstellung für FVW

Simulation von Umform- und Fügevorgängen bei FVW

[1] GUDE, M., HUFENBACH, W., KUPFER, R., FREUND, A., VOGEL, C.: Development of novel form-locked joints for textile reinforced thermoplastices and metallic components. Journal of Materials Processing Technology 216 (2015), pp. 140-145

[2] HUFENBACH, W., MARON, B., MERTEL, A., LANGKAMP, A.: Experimentelle und numerische Thermoformprozess-Untersuchung zur Validierung von Umformsimulationen von Textil-Thermoplasten. BROSIUS, A. (HRSG.): Tagungsband zur 20. Sächsische Fachtagung Umformtechnik. Dresden: TU Dresden, 2013, pp. 100-109.

[3] HUFENBACH, W., GRÜBER, B., LEPPER, M., GOTTWALD, R., ZHOU, B.: An analytical method for the determination of stress and strain concentrations in textile-reinforced GF/PP composites with elliptical cutout and a finite outer boundary and its numerical verification. Archive of Applied Mechanics 83 (2013) 1, pp. 125-135



Thermoplastverfahren Dr.-Ing. M. Krahl


Umfangreicher Maschinenpark mit serienfähiger Anlagen- und Automatisierungstechnik (Pressen, Spritzguss, Extrusion, Pultrusion, Generative Fertigung)

Anerkannte Kompetenzen in der Ent-wicklung innovativer Werkzeug- und Verfahrenstechnologien für Thermoplast- und hybride Metall-FKV-Tragstrukturen

Herstellung von Thermoplasthalbzeugen mit angepassten Eigenschaftsprofilen (Organobleche, Tapes, Profile)

Begleitung der Technologie- entwicklung durch Prozess- simulation (Imprägnier-, Drapier-, Füllsimulationen, …)

[1] SPITZER, S., BÜRKLE, E., GELLER, S., HUFENBACH, W.: FKV-Sandwichstrukturen beflügeln den Leichtbau. Kunststoffe 103 (2013) 9, S. 162-165 [2] KUPFER, R., SPITZER, S., LÄSSIG, C., GUDE, M.: Entwicklung und Analyse einer Prozesskette zur Herstellung biobasierter Hybridstrukturen. GEHDE, M.

(HRSG.): TECHNOMER 2013 : 23. Fachtagung über Verarbeitung und Anwendung von Polymeren. TU Chemnitz, 2013, V 4.9, pp. 1-13.

Hybrider Batterieträger

Metall-FKV B-Säule Automatisierter Presskomplex

2300t-Spritzgießkomplex


Duroplastverfahren und Preforming Dipl.-Ing. S. Geller

Charakterisierung und Modellierung von Harzsystemen und Verbunden

Simulationsgestützte Auslegung und Fertigung von Hochleistungs-FV-Strukturen

Struktur- und Prozesssimulation

Verfahrens- und Anlagenentwicklung für innovative Preform-Konzepte

Entwicklung aktiver Verbundstrukturen

Umfassende technologische Ausstattung für prototypische (Autoklav) bis großserientaugliche Fertigung (HD-RTM) von duroplastischen FVW

Variables PUR-Verarbeitungszentrum [1] HUFENBACH, W., GUDE, M., GELLER, S.: Cellular fiber-reinforced polyurethane composites with sensory properties. Advanced Engineering

Materials 16 (2014) 3, pp. 272-275 [2] GUDE, M.; GRUHL, A.; BÖHM, H.; HUFENBACH, W.: Bionically inspired design and technological implementation of lightweight structures with

braided fiber reinforcement. 8th Aachen-Dresden International Textile Conference (Dresden 27/28.11.2014)



Verbindungstechniken Dr.-Ing. R. Kupfer

Konzeption von Verbindungssystemen und Entwicklung von Fügeanlagen

Analyse und Modellierung der lokalen Werkstoffstruktur in Fügezonen

Simulation von Fügeprozessen und Belastungsreaktionen

Charakterisierung von Tragfähigkeiten und Analyse des Versagensverhaltens

Integration von Montageschritten in die Bauteilfertigung

Entwicklung prozessintegrierter stoff-schlüssiger Fügeverfahren für hybride Verbundbauteile

[1] HUFENBACH W.; BÖHM H.; KUPFER R.; POHL M.; HORNIG A.: Thermoactivated pinning - An innovative technology for the joining of fibre-reinforced thermoplastic composites. JOINING PLASTICS 8 (2014) 3-4, pp. 184-189

[2] HUFENBACH W.; GUDE, M.; TROSCHITZ, J.; KUPFER R.: Fügesysteme für Faserverbundstrukturen mit Thermoplastmatrix. lightweightdesign 3 (2014), pp. 18-23

[3] TROSCHITZ, J.; KUPFER, R.; HUFENBACH, W.: Prozessintegrierte Einbettung von Lasteinleitungselementen bei der presstechnischen Fertigung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten. Tagungsband Technomer, Chemnitz 14.-15.11.2013, pp.1-9, ISBN 978-3-939382-11-9.



Prüfmethoden und Experiment Dr.-Ing. C. Ebert

Materialcharakterisierung unter statischer, zyklischer und hoch-dynamischer Belastung

Werkstoffphysikalische, tribologische und chemische Materialprüfung

Zerstörungsfreie Werkstoff- und Strukturanalyse

Prüfstandentwicklung für komplexe systemspezifische Prüfaufgaben

Integration erweiterter Steuerungs- und Messtechnik in den Prüfablauf

[1] HUFENBACH, W.; BEHNISCH, T.; ANDRICH, M.; LANGKAMP, A.; KUNZE, K.; NITSCHKE, S.; JOHANN, E.; KLAUKE, T.; SÖHNER, D.: Investigations of wear and friction behaviour of a bush bearing for variable stator vanes under jet engine like conditions. 3rd European Symposium on Friction, Wear and Wear Protection, 6.-8. Mai 2014, Karlsruhe

[2] HUFENBACH, W.; GUDE, M.; EBERT, CH.; ANDRICH, M.; NITSCHKE, S.; HORNIG, A.; JOHANN, E.; LANG, T.: Experimental and numerical investigation of the blade tip contact interaction of a high pressure compressor stage. 3rd European Symposium on Friction, Wear and Wear Protection, 6.-8. Mai 2014, Karlsruhe

[3] SCHMIDT, F., RHEINFURTH, M., PROTZ, R., HORST, P., BUSSE, G.; GUDE, M., HUFENBACH, W.: Monitoring of multiaxial fatigue damage evolution in impacted composite tubes using non-destructive evaluation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 43 (2012) 3, pp. 537-546

a)

b) c)

a) Dynamic 3D Motion Analysis System PONTOS, b) CT system V|tome|x-L 450, c) Fan Blade Off Test



Funktionsintegration Dr.-Ing. M. Dannemann

[1] BARKANOV, E.; WESOLOWSKI, M.; HUFENBACH, W.; DANNEMANN, M.: An effectiveness improvement of the inverse technique based on vibration tests. Computers and Structures 146 (2015), pp. 152-162

[2] PRENGEL, S.; HELWIG, M.; MODLER, N.: Lightweight coil for efficient wireless power transfer. IEEE Wireless Power Transfer Conference 2014 (Jeju, South Korea, 08./09. Mai 2014)


Aktor-/Sensor-/Elektronikentwicklung

Drahtloses Laden

Großserienfähige Integration von Sensoren, Aktoren, Elektronik

Komplette E-Fahrzeuge

Aktive u. passive Schwingungsdämpfung insb. an rotierenden Strukturen

Simulation, Algorithmen und Software zur Steuerung und Regelung eingebetteter Aktor-Sensor-Systeme

Compliantmechanismen

Skalenübergreifende Funktionsintegration


Sonderwerkstoffe, -verfahren Dipl.-Ing. T. Behnisch

Physikalische, thermische und werkstoffmechanische Charakterisierung von Sonderwerkstoffen:

Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe

Mehrphasen-Verbundwerkstoffe

Keramische Werkstoffe

Entwicklung von Technologien und Herstellungsverfahren

CVD-Anlage zur Faserbeschichtung

Differenzdruck-Infiltrationsverfahren

Reibungs- und Verschleißforschung

Charakterisierung und Optimierung tribologischer Systeme

CF-Mg GF-CNT-EP CMC CMC


[1] GUDE, M., BOCZKOWSKA, A. (EDS.): 3D textile reinforced carbon fiber aluminium matrix composites for lightweight applications. Cracow: Foundry Research Institute, 2014. - ISBN 978-83-88770-97-5

[2] ANDRICH, M., HUFENBACH, W., KUNZE, K., SCHEIBE, H.-J.: Characterisation of the friction and wear behaviour of textile reinforced polymer composites in contact with diamond-like carbon layers. Tribology International 62 (2013), pp. 29-36

[3] SLAWIK, T. ET AL.: Metal-Ceramic Layered Materials and Composites. Advanced Engineering Materials 16 (2014) pp. 1293-1302

Copyright


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