ECEMP - European Centre for Emerging Materials and Processes Dresden

Im Spitzentechnologiecluster ECEMP werden Mehrkomponentenwerkstoffe auf der Grundlage von metallischen, nichtmetallisch-organischen sowie nichtmetallisch-anorganischen Werkstoffen entwickelt.

Innerhalb des Teilprojektes B4 wird die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit magnetorheologisch schaltbaren Steifigkeiten erforscht. Dazu wird ein magnetisierbares Material in einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) eingebracht. Legt man ein äußeres magnetisches Feld an, so wirken innerhalb des magnetisierbaren Materials magnetische Wechselwirkungskräfte, welche die rheologischen Eigenschaften des Verbundes verändern. In Abhängigkeit von der Stärke und Richtung des Magnetfelds kann somit die Steifigkeit des Verbundwerkstoffs beeinflusst werden werden. Dieser Effekt, der das Deformationsverhalten ausgewählter Materialien unter der Existenz eines äußeren Magnetfelds verändert, ist reversibel und wird als magnetorheologischer Effekt bezeichnet. Die Steifigkeit des FKV bestimmt die Grundsteifigkeit des Verbundwerkstoffes.

Als magnetisierbares Material können sowohl magnetorheologische Elastomere (MRE) als auch magnetorheologische Fluide (MRF) Verwendung finden. Magnetorheologische Fluide sind bei Raumtemperatur Suspensionen aus einer nichtmagnetischen Trägerflüssigkeit und magnetisierbaren Partikeln. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds bilden die Partikel Kettenstrukturen, die das rheologische Verhalten der Suspension beeinflussen und zu einer höheren Viskosität führen. Im Fall der MRE werden magnetisierbare Partikel in eine Elastomermatrix eingebettet. Um einen möglichst großen magnetorheologischen Effekt zu realisieren, wird während des Erstarrungsprozesses des Polymers ein äußeres Magnetfeld angelegt, um die Partikel im kettenförmigen Zustand zu fixieren.

Zu Beginn steht die Entwicklung eines Mehrkomponentenwerkstoffs unter der Verwendung von MRF im Vordergrund, sodass sich folgende Arbeitsschritte ergeben:

• Numerische Modellierung von MRF auf der Grundlage einer phänomenologischen Modellierungsstrategie,
• Verallgemeinerung des Materialmodells und Implementeierung in Finite-Elemente Programme,
• Vorhersage der anisotropen Steifigkeit der FKV-Matrix mit Hilfe der Homogenisierungstechnik,
• Mehrskalige Modellierung des Materialverhaltens der Mehrkomponentenwerkstoffe auf der Basis der rheologischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien und unter Anwendung von nichtlinearen Homogenisierungsverfahren.