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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Entwicklung neuer Leichtbauwerkstoffe im digitalen Materiallabor GeoDict

Wednesday (18.09.2019)
16:30 - 17:00 Uhr Palaiszimmer
Bestandteil von:


Bei der Entwicklung neuer Leichtbauwerkstoffe spielt die optimale Kombination verschiedener Komponenten eine entscheidende Rolle. Ein Beispiel sind Verbundwerkstoffe, die aus Faserhalbzeug und Polymermatrix bestehen, die beliebig miteinander kombiniert werden können. Allerdings ist das Ermitteln der für einen Anwendungsfall vorteilhaftesten Variante mit einem immensen experimentellen Aufwand verbunden. So umfasst zum Beispiel das Herstellen einer Probe zur Messung der Materialeigenschaften eines faserverstärkten, unidirektionalen Tapes etliche Einzelschritte, vom Vorbereiten der Form und dem Zuschnitt des Tapes, über dessen Ablage, das Einpacken der Proben einen Vakuumsack und das Aushärten im Autoklav bis hin zum Entformen und dem Zuschnitt der Einzelproben. Dieser zeit- und kostenintensive Prozess limitiert die Anzahl der in der Praxis charakterisierbaren Materialkombinationen deutlich.

Hier setzt die Software GeoDict. Sie ist ein digitales Materiallabor auf der Ebene der Mikrostruktur, in dem die Eigenschaften eines komplexen Werkstoffes auf Basis der Eigenschaften seiner Einzelkomponenten vorhergesagt werden können. So kann ein Werkstoff simulativ optimiert und dadurch die Zahl der notwendigen Experimente stark reduziert werden. Die Struktur des Werkstoffes kann hierbei entweder mit Hilfe eines CT-Scans importiert oder in GeoDict erstellt werden. Da gerade komplexe Strukturen mit den in Simulationen meist verwendeten Netzen schwer abzubilden sind, geschieht dies in GeoDict mit Voxeln. Auf Basis der Struktur und der Materialeigenschaften der einzelnen Komponenten können dann mechanische Eigenschaften wie zum Beispiel anisotrope Steifigkeitstensoren bestimmt werden. Darüber hinaus ist die Berechnung großer Deformationen unter Berücksichtigung von Schädigung und Versagen möglich. Aber auch physikalische Eigenschaften wie thermische Leitfähigkeit und strukturelle Eigenschaften wie die Permeabilität bestimmt werden.

Im Rahmen des Vortrags wird Anhand eines CT-Scans von glasfaserverstärktem Polypropylen vorgestellt, wie die Struktur aus einem CT-Scan importiert und Fasern und Poren identifiziert und analysiert werden können. Darüber hinaus wird an einem Beispiel gezeigt, wie Schädigung an der Mikrostruktur simuliert werden kann.

 

Sprecher/Referent:
Weitere Autoren/Referenten:
  • Aaron Widera
    Math2Market GmbH