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Studentische Arbeit

Entwicklung einer KI für die Erzeugung von repräsentativen Mikrostrukturen

Bachelorarbeit oder Masterarbeit

Entwickle ein neuronales Netz zur KI-basierten Erzeugung von Mikrostrukturen für die Simulation.

Kunststoffe sind häufig mehrphasige Werkstoffe, deren Eigenschaften, ob mechanisch, thermomechanisch etc. stark durch die innere mikroskopische Struktur beeinflusst werden. Zur Untersuchung des Eigenschaftsspektrums werden häufig Ersatzmodelle dieser Mikrostrukturen, sogenannte repräsentative Volumenelemente (RVE) erzeugt, anhand denen anschließend Simulationen durchgeführt werden können. Die Generierung solcher Makrostrukturen ist jedoch komplex und kann in einem sehr hohen zeitlichen Aufwand resultieren. Zudem sind die Algorithmen zur Generierung von RVEStrukturen auf spezielle Anwendungsfälle begrenzt. Auch innerhalb der Anwendungsfälle können Einschränkungen bestehen. So können beispielsweise Mikrostrukturen faserverstärkter Kunststoffe ohne erhebliche Rechenkosten nur für einen geringen Faseranteil erzeugt werden.

Stuwi.-KI-fuer-Mikrostrukturen© IKV
KI-generiertes Bild zur schematischen Erläuterung eines KI-basierten RVE-Generators am Beispiel von thermoplastischen Vulkanisaten, links Mikroskopieaufnahme und rechts erzeugte RVE-Struktur.

Eine Möglichkeit zur effizienten Erzeugung neuer Strukturen ist die Verwendung künstlicher Intelligenz (KI) in Form von neuronalen Netzwerken. Für die Anwendbarkeit von KI zur RVE-Erzeugung finden sich in der Literatur bereits einige Beispiele. Ziel Deiner Arbeit wird es sein, ein KI-basiertes Framework unter Verwendung von künstlichen neuronalen Netzen (ANN) zu entwickeln, welches unter Vorgabe von Bildaufnahmen, RVE für die mikromechanische Simulation erzeugt. Dies wird zunächst an dem Beispiel von einer Werkstoffklasse, z. B. Schaumstrukturen, oder thermoplastischen Vulkanisaten ausgearbeitet werden. Eine Übertragbarkeit des Frameworks auf weitere Mikrostrukturen kann überprüft werden.

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:

In der Abteilung Strukturberechnung werden verschiedenste Untersuchungen an Modellen an der Mikroebene durchgeführt. Dies reicht von mMikromechanischen Betrachtungen von Faserverbundwerkstoffen bis hin zur Kristallstrukturen. Außerdem werden am IKV Permeationssimulationen von Beschichtungen an RVE durchgeführt. Eine Entwicklung eines KIbasierten Ansatzes zur RVE-Erzeugung trägt in jeder Hinsicht zur Erweiterung des Modellierungspotenzials am IKV bei.

Zielsetzung:

Entwickle eine Methodik und einen Algorithmus zur KI-basierten Generierung von Mikrostrukturen zur RVE-Modellierung.

Deine Aufgabenstellung

Literaturrecherche zu existierenden KIRVE-Generatoren Literaturrecherche zu existierenden KIRVE-Generatoren
Entwicklung und Implementierung einer Methodik zur KI-Generierung von RVEStrukturen Entwicklung und Implementierung einer Methodik zur KI-Generierung von RVEStrukturen
Validierung der erzeugten Mikrostrukturen und Mikromechaniksimulationen Validierung der erzeugten Mikrostrukturen und MikromechanikSimulationen
Untersuchung der Übertragbarkeit auf weitere Mikrostrukturen

Dein Profil:

  • Du hast bereits Kenntnisse und Erfahrungen in der Programmierung (Python, o.ä.).
  • Du Interessierst dich für KI und hast idealerweise bereits Erfahrung mit der Entwicklung von
    neuronalen Netzen.
  • Du interessierst dich für Mechanik und Mikromechanik von Kunststoffen.
  • Kenntnisse in der finite Elemente Methode und Simulation mit ABAQUS sind vorteilhaft

Falls du Interesse an einer Abschlussarbeit am IKV und an dieser Aufgabenstellung hast, bewirb dich.