Stoffe im Simulator

Während sich Garne auf Materialprüfständen recht einfach charakterisieren lassen, ist das für die Vielzahl möglicher Gewebe nur sehr eingeschränkt durchführbar. Eine neue, vom Fraunhoferinstitut ITWM entwickelte Simulationsmethode ermöglicht nun die virtuelle Prüfung und den Vergleich unterschiedlicher technischer Textilien.

16. November 2015

Das Fraunhoferinstitut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern hat eine Methode entwickelt, um technische Textilien zu simulieren. Bisher lassen sich zwar die Dehnungseigenschaften von Garnen leicht und schnell auf Materialprüfständen ermitteln. Bei den Geweben ist dies nur sehr eingeschränkt möglich, weil diese zuerst hergestellt werden müssten und viele unerschiedliche Gewebeformen möglich sind. Deswegen bleiben Materialprüfungen für Gewebe meist auf Stichproben beschränkt.

Mit Simulation sind dagegen systematische Vergleiche unterschiedlicher Gewebeformen mit den jeweiligen Garnen möglich. "Wir simulieren, wie sich die Stoffe verhalten", sagt Dr. Julia Orlik, Wissenschaftlerin am ITWM. "Somit sind wir in der Lage, genau vorherzusagen, welche Eigenschaften die Textilien je nach Garn und Struktur haben." Erstmalig wird dabei auch der Kontakt zwischen den Garnen simuliert. Das zeigt, wie leicht die einzelnen Fäden übereinander gleiten, und wie sich dies auf das gesamte Gewebe auswirkt.

Als Ausgangsbasis für die Simulation dienen die Parameter, die die Wissenschaftler von den Herstellern erhalten. Diese beziehen sich vor allem auf die Garne. In puncto Kontakteigenschaften können allerdings nur wenige Hersteller Daten zu ihren Garnen nennen. Daher nehmen die Forscher Messungen an realen Stoffstücken vor, vergleichen diese mit den Simulationen und passen die Parameter so an, bis sich die Ergebnisse aus Simulation und Experiment entsprechen.

Die Forscher analysieren nicht nur einzelne ausgewählte Strukturen, sondern verändern diese sukzessive. "Nehmen wir als Beispiel die Form einer Masche. Sie gleicht ein wenig einem griechischen Omega. Nun kann man dieses Omega länger und schmaler machen, oder aber kürzer und breiter. Wir verändern die Maschenform kontinuierlich und schauen, welche Auswirkungen das auf das gesamte Gewebe hat", erklärt Orlik. "Kurzgefasst: Wir berechnen die beste Konfiguration."

Zudem untersuchen die Forscher die Garne: Wie ändern sich die Eigenschaften des Textils, wenn man etwa dehnbareres Garn verwendet? Die Parameter geben die Hersteller vor. Hat ein Hersteller sich beispielsweise beim Garn bereits festgelegt, suchen die Forscher die optimale Struktur für dieses Garn.