Experimentierbare Digitale Zwillinge für Strukturermüdung

Das Phänomen der Strukturermüdung war bereits in den Anfangsjahren ein Fokus der Forschung zu Digitalen Zwillingen. Trotzdem existiert bis heute kein allgemein anerkanntes Umsetzungskonzept, das eine weite Verbreitung aufweist; in der Literatur finden sich zahlreiche Insellösungen, die auf ein möglichst genaues virtuelles Spiegelbild einer einzelnen Struktur im Betrieb abzielen. Konkrete Umsetzungen zu Digitalen Zwillingen, die Strukturermüdung in mehreren Phasen des Produktlebenszyklus oder aus der Perspektive des Gesamtsystems betrachten, existieren nicht. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen dieser Dissertation untersucht, wie das Konzept der Experimentierbaren Digitalen Zwillinge, das seinen Fokus auf modulare Gesamtsystemsimulationen legt, einen Mehrwert für den Umgang mit Strukturermüdung bieten kann. Die Phasen des Strukturentwurfsprozesses und des Strukturbetriebs im Produktlebenszyklus sind dabei Kern der Betrachtung. Als wesentliche Berechnungswerkzeuge dienen die Methode der Übertragungsmatrizen zur Darstellung von Beanspruchungsgrößen und das Nennspannungskonzept zur Ermüdungsabschätzung. Für den Strukturentwurfsprozess zeigen eine Potenzialanalyse und zwei Fallstudien auf, dass Experimentierbare Digitale Zwillinge in der Gesamtsystembetrachtung eine Ergänzung zu etablierten Methoden des Systems Engineering sind, weil diese in der Lage sind, das Verhalten des Gesamtsystems simulativ abzubilden. Für den Strukturbetrieb wird die Kopplung eines Experimentierbaren Digitalen Zwillings mit einer realen Struktur demonstriert, um ermüdungsrelevante Informationen in Echtzeit zu verarbeiten und zu visualisieren.