Student/in Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, o.ä. (w/m/d) - Finite-Element Simulationsmethodik

Location

Stuttgart | Germany

Job description

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Studien-/ Abschlussarbeit

Entwicklung einer Finite-Element Simulationsmethodik für die Berechnung von Wasserstofftanks unter dynamischen Lasten

Finite-Element Simulationsmodell eines Wasserstofftanks

Beginn

15. April 2024

Dauer

6 Monate

Beschäftigungsgrad

Teilzeit

Die Wasserstofftechnologie hat sich als potenzielle Alternative zu herkömmlichen Kraftstofftechnologien in den letzten Jahren etabliert. Während sich die Luftfahrt auf Speicherlösungen unter kryogene Temperaturen konzentriert, sind im bodengebundenen Verkehr (Automobil- und Zuganwendungen) Hochdrucktanks bis 700 bar vorteilhaft. Durch die hohe innere Belastung müssen Hochleistungsmaterialien mit hohem Leichtbaupotenzial wie Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden. Trotz ihrer hohen spezifischen Eigenschaften sind hohe Wandstärken bis 30 mm für eine sichere Auslegung gegen Bersten erforderlich, für welche vereinfachte Finite-Element Modellierungsmethoden mit vereinfachten Schalenelementen ungeeignet sind.

Im DLR-Projekt ProCo (Propulsion and Coupling) werden experimentelle und numerische Methoden zur Materialcharakterisierung und zur Simulation von gewickelten Wasserstofftanks unter dynamischen Lasten entwickelt. Hierfür wird der explizite Finite-Element Solver LS-DYNA verwendet. Ein wesentlicher Baustein auf numerischer Ebene ist die präzise Abbildung der Tankstruktur, deren Faserarchitektur sowie der inneren und äußeren Lasten im Hinblick auf eine recheneffiziente Anwendung in einer Simulation des Gesamtfahrzeugs. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Tools zur Modellgenerierung der Tankstruktur mit einem besonderen Schwerpunkt auf die Abbildung der inneren Drucklast. Auf Basis dieses Tools werden numerische Untersuchungen bzgl. des Detaillierungsgrads, der Simulationsgenauigkeit und des Berechnungsaufwands durchgeführt. Basierend auf der ausgewählten Simulationsmethodik werden anschließend Simulationen am Gesamttank unter verschiedenen Belastungsarten durchgeführt, um das Potenzial der Methode zu bewerten. Eine Validierung des Simulationsansatzes durch experimentelle Versuche könnte begleitend zur Arbeit stattfinden.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

• Literaturrecherche zur Modellierung von dickwandigen Wasserstoffspeicherstrukturen inklusive der inneren Drucklast.
• Einarbeitung und Weiterentwicklung eines Tools zur automatisierten Modellgenerierung der Tankstruktur, sowie Auswahl einer Modellierungsart für Simulationen auf Gesamttank-Ebene.
• Untersuchung und Auswertung verschiedener Methoden zur Abbildung der inneren Drucklast.
• Durchführung von Struktursimulationen unter verschiedenen Belastungsarten
• Optional: Validierung der Methoden anhand experimenteller Versuche

• Studium im Bereich Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Werkstoffwissenschaften, Luft- und Raumfahrttechnik oder verwandte Studiengänge.
• Eigenverantwortung, strukturierte Arbeitsweise und Engagement.
• gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
• idealerweise Erfahrung oder gute Kenntnisse in der Finite-Element-Methode (wünschenswert mit dem expliziten Solver LS-DYNA)
• idealerweise Erfahrung oder gute Kenntnisse in Programmierung (wünschenswert Python-Programmiersprache)

Freuen Sie sich auf einen Arbeitgeber, der Ihr Engagement zu schätzen weiß und Ihre Entwicklung durch vielfältige Qualifizierungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten fördert. Unser einzigartiges Arbeitsumfeld bietet Ihnen Gestaltungsfreiräume und eine unvergleichbare Infrastruktur, in der Sie Ihre Mission verwirklichen können. Vereinbarkeit von Privatleben, Familie und Beruf sowie Chancengleichheit von Personen aller Geschlechter (w/m/d) sind wichtiger Bestandteil unserer Personalpolitik. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen bevorzugen wir bei fachlicher Eignung.

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