Die von der Matsim GmbH angebotene Software Palmyra simuliert beliebige Verbundwerkstoffe. Als „Revolution im Material-Design“ bezeichnet sie Dr. Albert Widmann, Chief Technology Officer des Spin-off-Unternehmens der ETH Zürich.
? Was ist das Besondere an Palmyra?
! Palmyra kann als weltweit erste Software die Materialeigenschaften von heterogenen Verbundwerkstoffen numerisch präzise berechnen. Man wird nun Werkstoffe besser optimieren können als ohne Simulation und gewisse Materialien überhaupt erst herstellen können.
? Werden Verbundwerkstoffe ab jetzt nur noch am Computer entwickelt?
!Reale Experimente müssen nur noch durchgeführt werden, wenn die Simulationsergebnisse Erfolg versprechend sind. Dies führt zu einer enormen Zeiteinsparung und zur Reduktion von Ausschussmaterial. Die Software wird daher sicher zu einem zentralen Instrument in der Materialforschung und -entwicklung werden.
? Wie gut stimmen die Simulationsergebnisse mit der Realität überein?
! Das erste getestete Material war ein mit Kohlefasern verstärktes Epoxy-Harz. Es wurde an der Universität von Leeds hergestellt und exakt auf seine Eigenschaften untersucht. Durch Bildanalyse verschiedener Schnitte wurden die Verteilungen der Faserdurchmesser und der mittleren Faserabstände ermittelt. Diese Daten dienten als Grundlage für die Erzeugung entsprechender Morphologien in Palmyra. Es wurde also die quantitative und qualitative Zusammensetzung des Materials nachgebildet. Bei der anschließenden Berechnung der Eigenschaften durch Computersimulation ergaben sich hervorragende Übereinstimmungen mit den Messresultaten.
? Welche Werkstoffe lassen sich simulieren?
!Die jetzige Version von Palmyra erlaubt die Berechnung partikulärer Werkstoffe. Das sind Materialien, die aus einer Matrix mit Einschlüssen verschiedener Geometrien bestehen. Simulativ können nun die mechanischen Eigenschaften im linearen Bereich der elastischen Dehnung ermittelt werden, außerdem thermische Ausdehnungskoeffizienten, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstanten und Transporteigenschaften wie Diffusion und Permeation von Gasen. In Zukunft werden sich auch beliebige Morphologien modellieren lassen. Ebenso können zum Beispiel magnetische Eigenschaften oder das Quellungsverhalten ermittelt werden. Denn die Zusammensetzung ist für die auf einem Finite-Elemente-Verfahren beruhende Berechnungsmethode unbedeutend. Die Software muss lediglich um die passenden Benutzerschnittstellen ergänzt werden.
? Wer kann das Programm einsetzen?
! Die Material herstellende Industrie wird sicher den größten Nutzen aus Palmyra ziehen. Doch auch die Material verarbeitende Industrie profitiert davon. Sie kann nun die in Frage kommenden Werkstoffe besser abschätzen. Die Bedienung des Programms ist einfach und wird durch ein verständliches Handbuch unterstützt, so dass eine materialkundige Person in wenigen Stunden die ersten Simulationen durchführen kann. Selbstverständlich sind wir aber auch als Dienstleister für unsere Kunden tätig. os
Beispiel Autostoßstange
An das Verbundmaterial einer Autostoßstange werden vielfältige Anforderungen gestellt. Sie muss nicht nur viel Energie aufnehmen können, sondern auch einen speziellen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Stoßstange darf sich trotz schwankender Temperaturen von-40 °C (Alaska) bis +60 °C (Sahara) nicht stärker ausdehnen als das Metall des Chassis, weil sonst Verbiegungen am Auto auftreten. Dies gelingt, wenn die richtigen Einzelkomponenten zusammenkommen, die auch in Anteil, Form und Verteilung passen müssen. Die dafür notwendigen Tests finden durch den Einsatz von Palmyra größtenteils auf dem Computer statt.
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