Datengetriebene Materialmodellierung
Die Beschreibung des konstitutiven Verhaltens von Festkörpern stellt ein wichtiges Teilgebiet der Kontinuumsmechanik dar. Dabei ist es das Ziel, das Antwortverhalten des betrachteten Werkstoffs durch ein Materialmodell abzubilden. Nach der mathematischen Formulierung des Modells ist somit die Kalibrierung anhand von geeigneten Daten notwendig. Diese lassen sich aus Experimenten oder, im Fall von Kompositen wie Faser-Kunstsoff-Verbunden und partikelverstärkten Polymeren, durch Homogenisierungsverfahren ermitteln. In der Fachgruppe Datengetriebene Materialmodellierung wird aktiv in den folgenden drei Teilgebieten der Materialmodellierung geforscht:
Mikrostruktur-Rekonstruktion
Um die effektive Materialantwort von Kompositen durch Homogenisierungsverfahren zu bestimmen, ist neben dem Verhalten der Einzelkomponenten die Kenntnis eines repräsentativen Volumenelementes (RVE) notwendig. Dabei ist häufig die synthetische Generierung von RVE auf Basis von Bilddaten notwendig. Mögliche Themengebiete für Studienarbeiten sind:
- Implementierung von Rekonstuktions-Algorithmen,
- Vergleich verschiedener Verfahren.
Magneto-Mechanische Feldprobleme
Bestimmte Materialien weisen eine starke Kopplung zwischen mechanischen, magnetischen, elektrischen oder thermischen Felder auf. Kontinuumsmechanisch sind derartige Kopplungen durch einen gegenüber dem rein mechanischen Feldproblem erweiterten Gleichungssatz beschreibbar.
Modellierung von MRE: (a) simuliertes lokales Flussdichtefeld b 1 innerhalb der defor- mieten Mikroskala, (b) Anpassung eines Makroskalenmodells an das berechnete effektive magneto- mechanische Materialverhalten und (c) Verhalten einer makroskopischen MRE-Probe.
In der Fachgruppe wird aktiv an so genannten magnetorheologischen Elastomeren (MRE) geforscht, die aus mikrometergroßen magnetisierbaren Partikeln, eingebettet in eine nichtmagnetisierbare elastomere Matrix, bestehen. Wechselwirkungen zwischen den Partikeln führen bei einem angelegten Magnetfeld zu einer Änderung des makroskopischen Materialverhaltens von MRE, sodass sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen der Sensorik und Aktorik ergeben. Mögliche Themengebiete für Studienarbeiten sind:
- Formulierung und Erweiterung von Materialmodellen für Partikel und Matrix,
- Formulierung und Kalibrierung von makroskopischen Materialmodellen für MRE.
Datengetriebene Simulationstechniken
Viele Werkstoffe zeigen eine sehr komplexe Materialantwort, die sich durch klassische Modelle häufig nicht ausreichend genau abbilden lässt. Gegenstand der aktuellen Forschung sind somit auch neuartige datengetriebene Ansätze. Beispielsweise lässt sich die Angabe konstitutiver Gleichungen durch eine direkte Verwendung von Spannungs-Dehnungs-Tupeln in der Simulation vollständig umgehen oder mittels künstlicher neuronaler Netze (KNN) approximieren.
Datengetriebene Simulation isotroper Materialien: (a) KNN zum Ersetzen eines klassischen Materialmodells und (b) virtueller Pobekörper zur Datengenerierung unter uniaxialem Zug.
Mögliche Themengebiete für Studienarbeiten sind:
- Umsetzung für verschieden Klassen dissipativen Materialverhaltens,
- Anwendung der Methodik auf verrauschte Daten,
- Implementierung von Verfahren zur Datengewinnung aus Experimenten.
Konkrete Themenvorschläge
Bei Interesse an den aufgeführten Themenkomplexen können Sie sich gern an Dr.-Ing. Karl Kalina wenden. Bitte fügen Sie Ihrer Anfrage eine aktuelle Notenübersicht sowie einen kurzen Lebenslauf bei.
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Dr.-Ing. Karl Kalina
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Chair of Computational and Experimental Solid Mechanics
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