Bausystem- und Materialsystementwicklung für weitspannende Faserverbundkonstruktionen

Das Projekt entwickelte kernlose gewickelte Faserverbundstrukturen für Anwendungen mit großer Spannweite, um eine Steigerung der Gesamtleistung zu erreichen. Zentrale Aspekte, die im Rahmen des Projekts untersucht wurden, sind:
- Entwicklung von Verbindungssystemen
- Konstruktive Entwurfsstrategien
- Umweltauswirkungen
- Architektonische Konzeptualisierung

Die Verbindungselemente sind kritisch, da Änderungen der Faserrichtung und die Ansammlung von Spannungen an diesen Stellen die mechanische Leistung und Effizienz des gesamten Systems einschränken. Strukturelles Design erfordert eine umfassende Strategie zwischen Simulation und strukturellen Tests, da Simulationen die Komplexität des Systems nicht vollständig darstellen können. Der Einsatz faseroptischer Sensoren und entsprechend neuartiger Methoden kann dazu beitragen, einen besseren Einblick in das Strukturverhalten zu erhalten. Eine weitere Herausforderung sind die Umweltauswirkungen der traditionell verwendeten Kohlenstoff/Glasfaser-Epoxidmaterialien. Daher wurden im Rahmen des Projekts alternative Materialien untersucht und nachhaltigere Optionen ermittelt, während gleichzeitig die Bedeutung biobasierter Epoxidsysteme quantifiziert wurde. Schließlich wurden diese Herausforderungen im Hinblick auf die architektonische Integration in das Gebäudesystem ganzheitlich bewertet. Im Ergebnis entwickelte das Projekt methodische Strategien, um das konzeptionelle Bausystem zu einer zukunftssicheren Lösung für nachhaltige und effiziente Langfeldstrukturen zu machen.

Projektdauer
Juli 2019  - Juni 2022 (Erste Phase des Exzellenzclusters IntCDC)

Projektteam
ICD Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Prof. Dipl. AA (Hons) Achim Menges, Niccolò Dambrosio

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

Fördermittel
Diese Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie - EXC 2120/1 - 390831618 gefördert.

Veröffentlichungen im Rahmen dieses Projektes 
Integration von faseroptischen Sensoren in den kernlosen Wickelprozess und Analysemethoden für die Strukturanalyse:
Mindermann, P., Gil Pérez, M., Kamimura, N., Knippers, J., & Gresser, G. T. (2022). Implementierung von faseroptischen Sensoren in kernlose fadengewickelte Verbundwerkstoffstrukturen. Composite Structures, 290, 115558. 
https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115558
Analyse nachhaltigerer Fasermaterialien und deren Vergleich für das kernlose Filamentwicklungsverfahren:
Mindermann, P., Gil Pérez, M., Knippers, J., & Gresser, G. T. (2022). Investigation of the Fabrication Suitability, Structural Performance, and Sustainability of Natural Fibers in Coreless Filament Winding. Materials, 15(9), 3260. 
https://doi.org/10.3390/ma15093260

Weiterführende Informationen
Homepage Exzellenzcluster Forschungsprojekt 11-1