Teilprojekt 6: Konstitutive Modellierung und mehrskalige multiphysikalische Simulation der I-FEV
Motivation
I-FEV sind intelligente Werkstoffkombinationen, deren multiphysikalische Eigenschaften auf strukturmechanischer Längenskala durch die Verbundwirkung der Einzelkomponenten auf kleineren Längenskalen determiniert sind. Die Entwicklung von I-FEV zielt auf eine aktive Einstellung lokaler Struktureigenschaften und Verformungsmuster. Um das thermo-elektromagnetisch-mechanische Strukturverhalten zu simulieren, zu analysieren und realitätsnah zu prognostizieren, sind eine konstitutive Modellierung aller Verbundkomponenten sowie die Abbildung möglichen Delaminationsversagens zwischen den Materialien unter Berücksichtigung maßgebender multiphysikalischer Prozesse und Phänomene erforderlich.
Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten
Die angestrebte Modellierung der Strukturkomponenten und deren elektromagnetische Erweiterung basiert auf einer thermomechanischen Abbildung des zum Teil inelastischen Materialverhaltens, insbesondere geeignet für finite Deformationen. Die Beschreibung von Grenzschichtversagen beruht auf temperaturabhängigen finiten Interface-Elementen. Multiphysikalische Homogenisierungsmethoden in Raum und Zeit ermöglichen die Berechnung effektiver Materialeigenschaften, den Längenskalenübergang bei voll gekoppelten Feldproblemen sowie Langzeitvorhersagen für das Strukturverhalten.
Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele
Die thermo-magnetisch-mechanische Modellierung der Komponenten von gezielt funktionsintegrierten Textilien in füllstoffverstärkter elastomerer Matrix zur Realisierung von I-FEV sowie die Bereitstellung mehrskaliger numerischer Simulationsverfahren mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Vorhersage des Verbundverhaltens stellen die Hauptziele dieses Teilprojekts dar. Die zu entwickelnden multiphysikalischen Modellierungsansätze sollen das Materialverhalten bei finiten Deformationen unter Berücksichtigung des magnetischen, des Temperatur- und des Verschiebungsfelds auf der Mesoskale realitätsnah abbilden. Dazu werden grundlegende Erhaltungssätze der Kontinuumsmechanik sowie magnetische Feldgleichungen herangezogen. Es ist angestrebt, auch das mesoskalige Strukturversagen mit einhergehender Materialschädigung infolge multiphysikalischer Phänomene realistisch zu beschreiben. Des Weiteren sollen räumliche und zeitliche thermo-magnetisch-mechanische Homogenisierungsmethoden entwickelt werden, um auf Basis konstitutiver Ansätze mit effektiven Parametern, Strukturanalysen auf der Makroskale und der Systemebene zu ermöglichen. Für simulationsgestützte, industrielle Anwendungen der neuartigen adaptiven Strukturen sind numerisch effiziente Lösungsverfahren bei gekoppelten Feldproblemen wichtig und ebenfalls Gegenstand der Forschungsarbeiten.
Kontakt
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke (ISD), Fakultät Bauingeneurwesen der TU Dresden
© Michael Kretzschmar
Institutsdirektor
NameUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kaliske
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).