Entwicklung von künstlicher Intelligenz für die Erzeugung von repräsentativen Mikrostrukturen

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

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

Thema der Arbeit:
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. 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 Mikromechanischen Betrachtungen von Faserverbundwerkstoffen bis hin zur Kristallstrukturen. Außerdem werden am IKV Permeationssimulationen von Beschichtungen an RVE durchgeführt. Eine Entwicklung eines KI basierten 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:Für eine Bachelorarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen

  • Literaturrecherche zu existierenden KIRVE-Generatoren
  • Entwicklung und Implementierung einer Methodik zur KI-Generierung von RVEStrukturen
  • Validierung der erzeugten Mikrostrukturen und Mikromechanik-Simulationen

Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen

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

Dein Profil:

  • Naturwissenschaftlicher Studiengang wie z.B. Masch.Bau, Ces, Materialwissenschaften, Informatik usw.
  • Vorhandene Kenntnisse in der Programmierung (z.B. Python)
  • Du interessierst dich für Mechanik und Mikromechanik von Kunststoffen
  • Du besitzt Kenntnisse in der Finiten Elemente Methode
  • Kenntnisse in der Simulation mit ABAQUS  sind vorteilhaft

Falls du Interesse an einer Abschlussarbeit am IKV und an dieser Aufgabenstellung hast, melde dich bei mir. Den genauen inhaltlichen Umfang und den Zeitplan stimmen wir individuell miteinander ab.

Dein Ansprechpartner:
Noah Mentges, M. Sc.
Telefon: 0241 80 98831
E-Mail: noah.mentges@ikv.rwth-aachen.de