ISBN 978-3-8439-5085-5

978-3-8439-5085-5, Reihe Luftfahrt

Jörg Dittmann
Numerische Multiskalen-Permeabilitätsvorhersage von endkonturnahen textilen Fasermodellen

320 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2022), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit behandelt die numerische Multiskalen-Permeabilitätsvorhersage von endkonturnahen textilen Fasermodellen mit Hilfe des quelloffenen Programms OpenFOAM. Hierfür wurden mikroskopische und mesoskopische Modellierungen virtuell erzeugter Textile mit C, TexGen, PAM-CRASH und OpenFOAM erstellt. Modellparameter wie der Faservolumengehalt, die Faserbündelarchitektur und Faserbündelgeometrien wurden durch unterschiedliche Ansätze phänomenologisch reproduziert. Die sich in den Textilmodellen einstellenden Strömungsparameter wurden für einskalige, stationäre und zweiskalige, instationäre Simulationen umgesetzt. Die Diskretisierung der Faserbündel durch poröse Zonen ermöglicht die Abbildung des Zwei-Skalen Effektes und zeigt einen deutlichen Einfluss auf die vorhergesagten Permeabilitätswerte. Diese Simulationen wurden durchgeführt und reproduzieren die in der Realität auftretende charakteristische Strömung in textilen Faserhalbzeugen. Zweiphasige Simulationen ermöglichen zusätzlich das Abbilden einer gasförmigen Phase während der Infiltration textiler Halbzeuge und erlauben so die Vorhersage des Porengehalts in endlosfaserverstärkten Bauteilstrukturen. Um die numerische Multiskalen-Permeabilitätsvorhersage für die Produktion sowie den Werkzeugbau als Eingabe nutzbar zu machen, wurde ein Up-Scaling-Ansatz auf die makroskopische Bauteilskala entwickelt. Zur Validierung der numerischen Permeabilitätswerte wurden experimentelle Permeabilitätsmessstände aufgebaut. Mit diesen ist es möglich, planare Permeabilitätsmessungen und transversale Dickenpermeabilitätsmessungen isobar oder mit isochorem Fluideintrag durchzuführen. Mit der Hilfe eines Kapillar-Steig-Messstands und eines Messstands zur Analyse der mikroskopischen/mesoskopischen Benetzungseigenschaften textiler Faserhalbzeuge wird die Möglichkeit aufgezeigt, mikroskopisches Infiltrationsverhalten zu analysieren und Faserbündelpermeabilitätswerte optisch zu bestimmen.