Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Mathematik fliegt mit

19.10.2009
Löcher wiegen nichts - das ist kaum erwähnenswert. Geht es jedoch darum, Gewicht einzusparen, zeigt sich, wie nützlich Leere sein kann.

Zur Stabilität trägt sie allerdings nicht bei, weshalb Konstrukte, die möglichst leicht und doch belastbar sein sollen, das richtige Verhältnis von Löchern und tragenden Teilen aufweisen müssen. Besonders wichtig ist das im Bereich der Luftfahrt, wo Gewichtsreduktion den Energieverbrauch erheblich senken kann, aber auch die Sicherheit vorrangig zu bedenken ist.

Ein EU-Projekt zur softwaregestützten Designoptimierung von Flugzeugen unter Beteiligung von Mathematikern der Universität Erlangen-Nürnberg kommt derzeit in seine Endphase.

"Die EU-Förderung schuf wesentliche Voraussetzungen für diese außergewöhnlich erfolgreiche Entwicklung", betont Prof. Dr. Günter Leugering, Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Mathematik II, der in Erlangen gemeinsam mit Prof. Dr. Michael Stingl, Juniorprofessor für Mathematische Optimierung, die Thematik bearbeitet. Weitere Forscherteams aus Bayreuth, Haifa (Israel), Birmingham (Großbritannien) und Lyngby (Dänemark) sowie die Industrieunternehmen EADS, Airbus UK, Altair, RISK und Eurocopter sind an dem seit drei Jahren laufenden Projekt PLATO-N beteiligt. Der Projektname steht für "Platform for Topology Optimization"; gefördert wird das Forschungsvorhaben seit 2006 im 6. Rahmenprogramm der Europäischen Union als "Special Targeted Research Program" (STREP).

Riese mit schlankem Design
PLATO-N baut auf einem Vorläuferprojekt aus dem 90er Jahren auf. Als der Airbus 380, das größte Flugzeug der Welt, geplant wurde, war eines klar: Das Gewicht musste extrem gering gehalten werden, damit der Riese überhaupt eine Chance hatte abzuheben. Das bedeutete für das Produktdesign eine drastische Materialreduktion. Löcher in die Konstruktion einzuplanen, bot sich als Lösung an, doch wie sollten Funktionalität und Sicherheit dabei gewahrt bleiben?

"The art of structure is where to put he holes", erkannte schon der preisgekrönte französische Architekt Robert Le Ricolais, der Mitte der 30er Jahre das Prinzip leichter, tragender Außenhautkonstruktionen in die Bauindustrie einführen wollte. Dieser ebenso geniale wie einfache Gedankengang enthält aber keine "Lehre zum technischen Handeln", wie es die Patentanwälte verlangen. Abhilfe schafft hier die mathematische Abstraktion. Mathematisches "Bohren", ganz ohne Werkzeug und Material, ist der beste Weg, um herauszufinden, wo Löcher risikolos in eine Flugzeugkonstruktion gesetzt werden können, auch wenn das erst auf den zweiten Blick klar wird. Design wird heutzutage auf dem Bildschirm entworfen, in einer virtuellen Realität, in der man keine realen Materialien herausschneiden oder aufbohren muss. "Loch oder Nicht-Loch?", "Viel oder wenig Material?" wird zu einer mathematischen Frage.

Sensationelle Gewichtsersparnis
Diese Gedanken beflügelten Wissenschaftler von EADS-München, mit Mathematikern der Universitäten Bayreuth und Erlangen-Nürnberg Codes zu entwickeln, die eine Form- und Topologieoptimierung für den Airbus 380, genauer für die vordere Rippe als wichtigen Teil des Flügels, möglich machen. Mit diesen Codes konnten bis zu 33% Gewichtsersparnis in der realen Struktur erreicht werden, die nach einem langwierigen Umsetzungsprozess der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Seit 2006 fliegt der Airbus 380 - und die Mathematik fliegt mit.

Nach diesem sensationellen Erfolg sollten die Ideen der Strukturoptimierung softwarebasiert ausgebaut und gefestigt werden, um sie auf andere Technologien anzuwenden. Der Weg zum EU-Projekt PLATO-N war geebnet: Eine Simulationsplattform wurde angestrebt, die Topologieoptimierungsprobleme in der aerodynamischen Praxis löst. Die fünf Forscherteams haben in den vergangenen drei Jahren auf der Basis mathematischer Theorien ein umfangreiches Softwarepaket erarbeitet, das jetzt der Öffentlichkeit vorgestellt wird. Im Industriedesign und im Leichtbau werden so neue Dimensionen eröffnet. Als "spin-off" der im EU-Projekt erarbeiteten Technologie können nun auch Materialschäume und andere komplexe Materialien in ihrer Funktionalität struktur-optimiert werden. Dieser neue Zugang wird gegenwärtig im "Center for Multiscale Modeling and Simulation" im Exzellenzcluster "Engineering of Advanced Materials" der Universität erforscht. Prof Leugering ist überzeugt: "Mathematik als Katalysator wurde und wird in Zukunft verstärkt im interdisziplinären Verbund praxisrelevant!"

Die Universität Erlangen-Nürnberg, gegründet 1743, ist mit 27.000 Studierenden, 550 Professorinnen und Professoren sowie 2000 wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Universität in Nordbayern. Schwerpunkte in Forschung und Lehre liegen an den Schnittstellen von Naturwissenschaften, Technik und Medizin in engem Dialog mit Jura und Theologie sowie den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Seit Mai 2008 trägt die Universität das Siegel "familiengerechte Hochschule".

Weitere Informationen für die Medien:

Prof. Dr. Günter Leugering
Tel.: 09131/85-27509
leugering@am.uni-erlangen.de

Ute Missel | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Bessere Anwendungsmöglichkeiten für Laserlicht
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Biegsame Touchscreens: Neues Herstellungsverfahren für transparente Elektronik verbessert
28.03.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten