Masterandin oder Masterand im Fachbereich Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, o.ä. (w/m/d)

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: