Die Simulation von Textilien ist sehr komplex, da viele verschiedene Einflussfaktoren und Eigenschaften des Materials, die sich auf das Bewegungsverhalten auswirken, berücksichtigt werden müssen. Dazu gehören die Zug- und Druckfestigkeit, die Biege- und Schersteifigkeit, die Webart des Textils und viele weitere Faktoren. Um die Parameter textiler Materialien zu bestimmen, wurden zahlreiche Versuche im Rahmen des Kooperationsprojekts durchgeführt. Es wurden feuchte Textilien betrachtet, da diesem dem Textil im Waschprozess näher kommen als ein trockene.

Die Simulation selbst wurde mit LS Dyna durchgeführt, einer explizite-Finite-Elemente-Software, die sich gut für hochgradig nichtlineare Probleme wie diesem eignet. Es verfügt über eine umfangreiche Materialbibliothek, aus dem geeignete Materialien ausgewählt und für die zu simulierenden Textilien abgepasst wurden. Hier kommen die Ergebnisse aus dem vorherigen Schritt, der Messung der Materialeigenschaften, zum Einsatz. Um das fertige Materialmodell zu validieren und gegebenenfalls noch einmal anzupassen, werden einige Textilprüfungen wie der Zug- oder Biegesteifigkeitsversuch simuliert und mit dem realen Verhalten verglichen. Stimmen beide überein kann nun damit begonnen werden, die Waschtrommel zu befüllen. Da es nicht ganz unkompliziert ist, in der Simulation große Tücher in eine vergleichsweise kleine Waschtrommel zu füllen, wurde sich hier eines Tricks bedient. Die Tücher wurden mithilfe eines Trichters in die Trommel geleitet. Wenn die Wäscheladung sehr groß war, mussten die Textilien in der Simulation mithilfe eines Stempels in die Trommel gedrückt werden, vergleichbar mit dem realen Befüllen einer Waschmaschine. Im Anschluss kann auch in der Simulation der eigentliche Waschprozess beginnen. Hier wurden verschiedene Drehzahlen, Reversierrhythmen und Beladungen eingestellt, um deren Einfluss auf die Waschmechanik zu untersuchen. Der Einfluss des Wassers wurde hier zunächst nicht berücksichtigt.
Vor der Variation der Einflussgrößen findet aber noch ein weiterer Schritt der Validierung statt. Es wird das Bewegungsverhalten der Textilien in der Simulation mit dem der Gläsernen Waschmaschine verglichen, einem Modell aus PMMA, in dem das dreidimensionale Bewegungsverhalten optisch aufgenommen werden kann. Der Vergleich erfolgt anhand der Positionshäufigkeiten des Textils.

Der Vorteil, das Bewegungsverhalten und die Beanspruchung mithilfe der Simulation zu betrachten, ist, dass verschiedene Größen ausgelesen werden können, die in der Realität nur schwer oder überhaupt nicht messbar sind, wie die innere Energie einzelner Textilien oder die Reibungsenergie zwischen verschiedenen Materialien. So können gegebenenfalls Schlussfolgerungen getroffen werden, die mit realen Versuchen nicht messbar wären. Die signifikanteste Feststellung war, dass die Beanspruchung eines Textils kleiner wird, je größer die Beladung ist.

Zukünftig sollen noch weitere Einflussfaktoren in die Simulation einfließen, denn die Mechanik hat große Wechselwirkungen mit anderen beteiligten Phänomenen. Hierzu gehört an erster Stelle das Wasser, aber auch Effekte wie die Durchfeuchtung oder Adhäsion sowie der Einfluss von Waschmittel. Geplant ist in Zukunft die numerische Simulationsmethode Smoothed Particle Hydrodynamics zu verwenden, da die FEM bei der Komplexität der verschiedenen Phänomene auf ihre Grenzen stößt.

© 2016 Beuth University for Technology in Berlin

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