viaMeta - Entwicklungs- und Produktionsprozesse vibro-akustischer Metamaterialien für Leichtbau im Fahrzeug; Teilvorhaben: Entwurfsmethoden vibro-akustischer Metamaterialen für Fahrzeuge

Abstract

Ziel des Vorhabens viaMeta war, Leichtbaupotentiale zukünftiger Fahrzeuge zu erschließen. Um Gewicht und Ressourcen bei Fahrzeugen einzusparen werden Strukturen konsequent verschlankt. Den daraus resultierenden, strukturdynamischen Herausforderungen wurde im Vorhaben mit vibro-akustischen Metamaterialien begegnet. Die Anforderungen auf der Systemebene neuer Fahrzeuge werden durch Ressourcenschonung, Elektrifizierung und Automatisierung geprägt. Um diese Anforderungen in Hinblick auf Leichtbau- und Komfortoptimalität zu vereinbaren, wurde eine Designsystematik für Leichtbau mit vibro-akustischen Metamaterialien vorgeschlagen. Für die Entwicklung ultraleichter Komponenten wurde eine ganzheitliche, virtuelle Entwicklungsstrategie unter Einbezug vibro-akustischer Metamaterialien verwirklicht. Die dazu erforderliche physikalische Modellierung war mit ressourcenintensiven Simulationen verbunden, daher wurde eine Methodik zur Nachbildung der Komponenten in hocheffizienten Modellen mit Methoden des maschinellen Lernens entwickelt. Diese sollte geeignet sein, die Lösungsräume mit Methoden der modellbasierten Optimierung nach idealen Leichtbaulösungen mit vibro-akustischen Metamaterialien zu durchsuchen. Die im Vorhaben entwickelten Komponenten wurden in skalierbaren Produktionsprozessen hergestellt und durch neue, experimentelle Bewertungsmethoden validiert. Bei der Durchführung des Vorhabens wurden am Fraunhofer LBF im Teilvorhaben „Entwurfsmethoden vibro-akustischer Metamaterialen für Fahrzeuge“ technologische Forschungsfragen rund um die Gestaltung ressourceneffizienter Leichtbaustrukturen unter Einsatz vibroakustischer Metamaterialien bearbeitet. The goal of the viaMeta project was to unlock lightweight potentials for future vehicles. To save weight and resources in vehicles, structures were consistently streamlined. The resulting structural-dynamic challenges were addressed using vibro-acoustic metamaterials. The requirements at the system level for new vehicles are shaped by resource conservation, electrification, and automation. To reconcile these requirements in terms of lightweight design and comfort optimization, a design methodology for lightweight construction with vibro-acoustic metamaterials was proposed. For the development of ultra-lightweight components, a holistic virtual development strategy was implemented, incorporating vibro-acoustic metamaterials. The necessary physical modeling was associated with resource-intensive simulations, so a methodology was developed to replicate the components in highly efficient models using machine learning methods. This approach aimed to explore solution spaces for ideal lightweight solutions with vibro-acoustic metamaterials through model-based optimization. The components developed in the project were manufactured using scalable production processes and validated through new experimental evaluation methods. During the implementation of the project, technological research questions regarding the design of resource-efficient lightweight structures using vibroacoustic metamaterials were addressed at Fraunhofer LBF within the subproject "Design Methods for Vibro-Acoustic Metamaterials for Vehicles."