Computational Co-Design Framework für Faserverbund-Bausysteme

Das kernlose Wickeln von leichten Faserverbundsystemen ermöglicht eine sehr differenzierte Platzierung von hochleistungsfähigen, tragenden Materialien und schafft neue Lösungsräume für Design und Konstruktion von leichten Faserstrukturen. In frühen Entwurfsphasen solcher großflächigen kernlosen Faserverbundbausysteme ist aufgrund der hohen Komplexität der voneinander abhängigen Parameter von Entwurf, Konstruktion und Fertigungsanforderungen ein erheblicher Aufwand zur Entwicklung projektspezifischer Lösungen erforderlich. Als wahres digitales Bausystem ist das kernlose Wickelverfahren auf ein hohes Maß an Integration angewiesen. Um die vielfältigen Zusammenhänge innerhalb eines multidisziplinären Entwurfs- und Konstruktionsprozesses zu verarbeiten, wird im Rahmen des Projekts ein rechnerischer Rahmen allgemeiner Entwurfsmethoden entwickelt, mit denen große faserbasierte Systeme denkbar sind. Damit soll der Entwurfsraum über die auf Erfahrung und Intuition basierenden Strukturen hinaus erweitert und das volle Potenzial der kernlosen Faserwicklung erschlossen werden. Neben der Erweiterung der methodischen Beiträge wird das computergestützte Co-Design Framework selbst eine Methode der integrativen Zusammenarbeit darstellen. Es zielt darauf ab, die entstehenden Bausysteme durch ein höheres Maß an Entwurfsintegration und Vorhersagbarkeit noch effizienter und nachhaltiger zu machen. Durch die Identifizierung relevanter Parameter für das strukturelle Verhalten der Komponenten über die Grenzen von Gebäuden hinweg sollen die erforderlichen Sicherheitsfaktoren für die Auslegung dieser Strukturen und damit die Menge des benötigten Materials verringert werden.

Projektdauer
Juli 2022 - Dezember 2025 (Zweite Phase des Exzellenzclusters IntCDC)

Projektteam
ICD Institut für rechnerisches Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart
Prof. Dipl. AA (Hons) Achim Menges, Fabian Kannenberg

VISUS Visualisierungsinstitut, Universität Stuttgart
Prof. Dr. Daniel Weiskopf, Moataz Abdelaal

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Marta Gil Pérez

ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Pascal Mindermann

IBB Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Bischoff, David Forster

Veröffentlichungen im Rahmen dieses Projektes
M. Gil Pérez, C. Zechmeister, F. Kannenberg, P. Mindermann, L. Balangé, Y. Guo, S. Hügle, A. Gienger, D. Forster, M. Bischoff, C. Tarín, P. Middendorf, V. Schwieger, G. T. Gresser, A. Menges and J. Knippers, “Computational co-design framework for coreless wound fibre-polymer composite structures,” Journal of Computational Design and Engineering, 9(2), pp. 310-329, 2022. https://doi.org/10.1093/jcde/qwab081

Förderung
Diese Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie - EXC 2120/2 - 390831618 gefördert.

Weiterführende Informationen
Homepage Cluster of Excellence Research Project 11-1