Fortschrittliche Verbundwerkstoffe halten Einzug in viele Bereiche, insbesondere Luft- und Raumfahrt, Automobil und erneuerbare Energien, da sie leicht sind und helfen, Energie zu sparen. Was noch fehlt, sind genaue und schnelle Vorproduktionsmethoden, um die Haltbarkeit solch großer Verbundstrukturen zu optimieren. Ziel des neu gestarteten EU-geförderten Projekts D-STANDART ist es daher, effektive Methoden zur Simulation der Dauerhaltbarkeit großer Verbundstrukturen beliebiger Bauart unter realistischen Bedingungen zu entwickeln.
Fortschrittliche Verbundwerkstoffe spielen eine entscheidende Rolle bei den Bemühungen um eine CO2-neutrale Zukunft, indem sie Strukturen herstellen, die sowohl verschleißfest als auch leicht und damit energieeffizient sind, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder in Windkraftanlagen. Die zunehmende Verwendung großer Verbundstrukturen wirft Bedenken hinsichtlich ihrer Schadensbeständigkeit und Haltbarkeit auf, die derzeit typischerweise mit ungenauen und zeitaufwändigen Techniken bewertet werden. Strukturen dieser Größenordnung sind extremen Belastungen und Belastungen ausgesetzt, insbesondere wenn sie so optimiert sind, dass so wenig Material wie möglich verwendet wird. Daher ist eine genaue und zuverlässige Ermüdungsbewertung für die langfristige Integrität von Leichtbaustrukturen erforderlich, die für eine nachhaltige Zukunft erforderlich sind.
Das Ziel von D-STANDART ist es, schnelle und effektive Methoden zu entwickeln, um die Haltbarkeit von großflächigen Verbundstrukturen mit beliebigem Lay-up unter realistischen Bedingungen (Last, Umgebung) zu simulieren.
Gegenwärtig wird dem Mangel an angemessenem Verständnis der Ermüdung von Verbundwerkstoffen in der Regel mit konservativen Designansätzen begegnet, um sicherzustellen, dass durch Manipulation erkannte oder nicht erkannte Stoßschäden nicht zu Risswachstum und Versagen führen. Dieser sorgfältige Designansatz gewährleistet zwar die Produktsicherheit, ermöglicht jedoch kein optimiertes Gewicht und reduzierten Materialverbrauch.
Tatsächlich basiert der größte Teil der Ermüdungsmodellierung für Verbundwerkstoffe in der Konstruktion auf hypothetischen Erweiterungen des Ermüdungsmodells für Verbundmetallstrukturen und kann daher nicht effizient oder effektiv verwendet werden.
Um die Anwendungsleistung von Verbundwerkstoffen zu verbessern, um das Gewicht der Struktur zu reduzieren und die Lebensdauer zu verlängern und somit die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern, löst D-STANDART dieses Problem aus drei Perspektiven:
Durch die Beschleunigung der Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften von Verbundwerkstoffen ist es nicht erforderlich, jede Art von Layup einzeln zu testen, und schließlich müssen Modellierungsfunktionen entwickelt werden, die das Verhalten großer Strukturen mit komplexen Geometrien und potenziellen Herstellungsfehlern mit Testergebnissen verknüpfen.
Zu diesem Zweck wird D-STANDART neue Testmethoden entwickeln, die allgemeine Verwendungsproben verwenden, um die Materialparameter, die die Haltbarkeit von Verbundwerkstoffen unter zyklischer Belastung bestimmen, korrekt zu quantifizieren. Durch den Einsatz von Hochfrequenzprüfverfahren wird die Prüfzeit stark verkürzt. Solche Hochfrequenztests werden erreicht, indem die Temperaturabhängigkeit eingeengt wird, wodurch die während solcher Tests auftretende Eigenerwärmung berücksichtigt wird. Die Materialcharakterisierung wird in High-Fidelity-Modellen verwendet, um das Defektwachstum in einer Vielzahl von Überlagerungen und in verschiedenen Maßstäben als Funktion der zyklischen Belastung und Rate zu simulieren.
Um diese Modelle in einer industriellen Designumgebung anzuwenden, wird D-STANDART Agentenmodelle der künstlichen Intelligenz (KI) verwenden, die Testdaten und historische Testdaten aus Projekten verwenden, um sich leicht an verschiedene Designparameter und komplexe Layouts anzupassen und dadurch den Entwicklungs- und Kommerzialisierungsprozess von zu beschleunigen fortschrittliche Komponenten.
Als zwei Anwendungsbeispiele von D-STANDART wurde der Nachweis der simulierten Dauerhaltbarkeit in den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie erneuerbare Energien ausgewählt. Darüber hinaus werden Zirkularität und Nachhaltigkeit durch eine spezielle Lebenszyklusanalyse, Lebenszykluskostenrechnung und Kosten-Nutzen-Analyse bewertet.
An D-STANDART sind neun Partner in vier Ländern beteiligt: Frankreich, Deutschland, Holland und Großbritannien. Der Beirat besteht aus sechs Endnutzern (Rolls Royce, Fokker Aerostructures, Leonardo, Siemens Gamesa, Embraer, Coexpair). Das Konsortium wird dabei unterstützt, die Wasseranforderungen zu überprüfen, die Zertifizierung des Projekts zu leiten und letztendlich die Umsetzung der Ergebnisse zu unterstützen in enger Abstimmung mit dem European Materials Modeling Council (EMMC) und dem European Materials Characterization Council (EMCC). Das NLR wird das Projekt koordinieren und für Ermüdungstests, Ermüdungsmodellvalidierung der Verbundwerkstoffe und den Aufbau des digitalen Fadens verantwortlich sein.
