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Tobias Rosnitschek
Digitale Materialentwicklung am Beispiel strukturgefüllter metallischer Komponenten in der extrusionsbasierten additiven Fertigung
In der additiven Fertigung werden häufig strukturgefüllte Bauteile gefertigt.
Die Strukturfüllung führt in der Regel zu richtungsabhängigem, orthotropem
effektivem Materialverhalten im mesoskopischen Bereich und beeinflusst
daher das effektive mechanische Verhalten der Bauteile maßgeblich. Eine
Methode, um dieses effektive Bauteilverhalten effizient zu beschreiben ist
folglich von bedeutendem Nutzen, um das volle Potential strukturgefüllter
Bauteile in der virtuellen Produktentwicklung zu nutzen. In dieser Arbeit
wurde eine Methodik entwickelt, um strukturgefüllte Bauteile durch die
Kombination von Finite Elemente Analysen und datengetriebenen Methoden
in die virtuelle Produktentwicklung zu integrieren. Aus deren Anwendung
ergeben sich Metamodelle für die Bestimmung effektiver orthotroper elastischer
Konstanten. Die Finite Elemente Analysen auf Basis repräsentativer
Volumenelemente wurden experimentell validiert, sodass die Daten für die
datengetriebenen Methoden rein simulativ erstellt werden konnten. Für die
Metamodelle wurden Ansätze des automatisierten maschinellen Lernens
evaluiert, dadurch ist das Vorgehen systematisiert und kann weitgehend anwenderunabhängig transferiert und eingesetzt werden. Die besten Modelle
konnten mit zweistufig optimierten künstlichen neuronalen Netzen erreicht
werden, die orthotrope effektive elastische Konstanten mit guter Genauigkeit
innerhalb von Millisekunden ermitteln.
Schlagwörter: Additive Fertigung; AF; Digitale Materialentwicklung
Fortschritte in Konstruktion und Produktion
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg und Prof. Dr.-Ing. Rolf Steinhilper, Bayreuth
Band 59
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DOI 10.2370/9783844090147
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