At bruge mindre mængder materiale er enhver designers drøm. Især hvis man designer fly, der bruger mere brændstof, jo tungere det er.

Med et nyt program, der er udviklet af blandt andre DTU Matematik, kan det rent faktisk lade sig gøre. Det er lykkedes Airbus at udvikle en flydel, som er 33 procent lettere, med metoder, der svarer til dem, der er udviklet i projektet, skriver DTU’s magasin Dynamo.

Airbus er en del af et europæisk projekt PLATO-N, som har udviklet nye numeriske algoritmer til optimering af kompositstrukturer.

Det grundlæggende princip, som projektet udnytter, kaldes FMO, free materials optimization. Det er en videreudvikling af topologioptimering, hvor man med computermodellering finder den optimale form af en given genstand. I FMO føjer man en ny dimension til, nemlig de såkaldte kompositmaterialer som kulfibre eller glasfibre, som er overtrukket med en polymer (en matrix), så man opnår særlige egenskaber i materialet.

»I topologioptimering går man normalt ud fra, at objektet skal være fremstillet i et givent materiale. I FMO er man frit stillet med hensyn til hvilket kompositmateriale, der skal anvendes. Faktisk tillader metoden endda, at man designer sit objekt til at blive produceret i et materiale, der endnu ikke er udviklet,« siger lektor på DTU Matematik Mathias Stolpe.

Op til ti load cases
Orienteringen af fiberstrukturen i kompositmaterialer har stor indflydelse på det færdige produkts egenskaber. Det gælder navnlig for den måde, hvorpå styrken over for tryk- og trækpåvirkninger i forskellige retninger er fordelt på.

Når man i designfasen forsøger at tage højde for de forskellige påvirkninger - som vibrationer, vingens egen vægt og turbulens - kaldes det en load case.

Ifølge Mathias Stolpe har man med traditionelle metoder været nødt til at simulere disse load cases en for en. Til sidst har man så forsøgt at sætte resultaterne sammen til et fælles billede.

»Industrien har længe haft et ønske om et værktøj, der kan regne på mange load cases på en gang. For i den virkelige verden vil der typisk være mange påvirkninger samtidig. Med vores metode kan man regne på helt op til ti load cases. Samtidig har vi taget beregningerne fra 2D til 3D. Det er for eksempel nødvendigt, når man vil regne på krumme strukturer,« siger lektoren.

Den rette kombi
De to programmer, der er udviklet i løbet af projektet, bliver nu frit tilgængelige i en version, som har begrænset funktionalitet, men som er god nok til for eksempel principdesign.

Programmerne giver brugeren et bud på, hvilken kombination af fibre og matrix der bør anvendes, og viser den optimale orientering af fibrene.

Desuden arbejder parterne i projektet på en kommerciel version med fuld funktionalitet rettet mod avancerede brugere i industrien.

»FMO er bestemt ikke begrænset til flyindustrien. Alle brancher, der designer produkter i kompositmaterialer, kan have
glæde af det. For eksempel ligger vinger til vindmøller lige for,« siger Mathias Stolpe.