Die Hochschule Aalen bringt in das TZL ihre Expertise insbesondere auf den folgenden Gebieten ein:
Material- und Versagenscharakterisierung
- Materialversuche jeglicher Art (Zug-, Druck-, Scherung-, etc.)
- Erstellung von Materialmodellen (isotrop, anisotrop, thermisch…)
- Erstellung von Versagensmodellen (GISSMO, Johnson Cook, etc.)
- Erstellung (thermischer) Grenzformänderungskurven nach Nakajima
Mit der Analyse und Beurteilung von Werkstoffen wird deren Performance bzw. Qualität sichergestellt. Das TZL legt dabei einen besonderen Fokus auf Leichtbauwerkstoffe wie beispielsweise hochfesten Aluminiumlegierungen oder hybriden Verbindungen aus Aluminium und CFK. Eine Material- und Versagenscharakterisierung dient in der Entwicklungsphase als Ausgangspunkt für Simulationsmodelle und bietet somit die Gewissheit, dass die virtuell erzeugten Ergebnisse den realen entsprechen.
Eine Besonderheit des TZL ist hierbei die Erstellung von Grenzformänderungskurven in Abhängigkeit von der Temperatur, was insbesondere für Umformprozesse relevant ist. Dies wird über ein beheiztes Nakajima-Werkzeug erreicht.
Strukturmechanik
- FE-Analysen
- Statisch (linear/nichtlinear, Betriebsfestigkeit…)
- Implizite/Explizite Analysen
- Modalanalysen
- Thermische Analysen
- Crash- und Umformberechnungen
Die Strukturmechanik ist eine Disziplin zur Berechnung von Verformungen, Kräften bzw. inneren Spannungen und beschäftigt sich somit mit der Beanspruchbarkeit technischer Systeme. Dazu zählen beispielsweise Fragestellungen wie die Crashperformance von Sicherheitsbauteilen, die Knicksicherheit von Robotergreifern oder umformtechnische Fragestellungen wie die Ausdünnung in einem Bauteil.
Die am weitesten verbreitete Methode zur Lösung strukturmechanischen Probleme ist die Finite Elemente Methode (FEM). Das TZL beschäftigt sich neben der Anwendung entsprechender FE-Analysen auch mit weiterführenden Fragestellungen wie beispielsweise dem Benchmark verschiedener FE-Programme.
Strukturoptimierung
- Topologieoptimierung
- Parameter- und Faseroptimierung
- Formoptimierung
- Gitterstrukturoptimierung
Bisher wurde die Topologieoptimierung meist technologisch getrieben. Das heißt, die Gestalt des Bauteils hing nur von den eingeprägten Kräften (= wirkenden Lasten) und dem verwendeten isotropen Materialgesetz ab. Zur Überwindung dieser Limitierungen sollen im TZL verstärkt anisotrope Werkstoffmodelle angewendet und das Verfahren in Richtung werkstoffgerechte Gestaltung (Funktionsintegration, Ergonomie, Ästhetik) und Festigung verbessert werden.
Gerade die frühe Einbeziehung der dem Gestaltungsprozess nachgelagerten Fertigungsaspekte (wie z.B. Rippenabstand, Entformungsschrägen, Vermeidung von Materialanhäufung) stellen für die breite Anwendbarkeit der Topologieoptimierung noch eine Barriere dar. Zur Validierung und Darstellung komplexer Geometrien sollen hierbei u.a. auch generative Verfahren wie 3D-Druck eingesetzt und dabei auch Verfahren und Prozesse für 3D-Druckteile optimiert werden. Insbesondere auf Bedürfnisse der regionalen Industrie wird hierbei eingegangen wie z.B. bei Funktionsprototypen für Werkzeuge, generativ hergestellten Prototypwerkzeugen für Blechbauteile oder Produkte für die Medizintechnik.
Umformung
- Thermisch unterstützte Umformprozesse (Hotforming, W-Temper, Warmforming)
- Umformsimulation
- Verwendung hochfester Aluminiumlegierungen (z.B. EN AW-7xxx)
- Umformung hybrider Bauteile
Die Forschungsaktivitäten des TZL gehen weit über die klassische Formgebung hinaus. So wird bspw. die zur Prozessdatenerzeugung notwendige Sensorik bereits im Werkzeug konstruktiv berücksichtigt. Dies gilt neben Heizelementen auch für Wegaufnehmer zur Positions-/Geschwindigkeitsmessung, pneumatische Kurzhubzylinder zur integrierten Härtemessung des Bauteils, Accelerometern und Thermoelementen zur Temperaturerfassung des Werkzeugs bzw. der Platine. Die hierbei erfassten Daten können dann zur Prozesskontrolle, zum Anlernen einer KI oder Ähnlichem verwendet werden.