M. Kästner: Mehrskalige XFEM-Modellierung magnetosensitiver Materialien unter Nutzung von Mikrostrukturbildern
Beschreibung
Bei der Anwendung magnetosensitiver Materialien sind insbesondere die makroskopischen Eigenschaften von Bedeutung. Da das effektive Verhalten entscheidend von den Materialeigenschaften der einzelnen Komponenten und ihrer geometrischen Anordnung im Verbund bestimmt ist, soll in diesem Projekt eine mehrskalige Modellierung erfolgen, wobei exemplarisch magnetorheologische Elastomere herangezogen werden. Auf allen zu betrachtenden Längenskalen kommt eine kontinuumsbasierte, phänomenologische Modellbildung zum Einsatz.
Ausgehend von den Eigenschaften der magnetisierbaren Partikel und der polymeren Matrix werden mittels numerischer Homogenisierungsverfahren Vorhersagen für das effektive mechanische, magnetische und magneto-mechanische Verhalten berechnet. Im Rahmen dieses Projekts sind daher effiziente Verfahren zur automatisierten Konvertierung der aus verschiedenen bildgebenden Verfahren der Strukturaufklärung verfügbaren Daten in ein numerisches Modell der lokalen Werkstoffstruktur zu entwickeln.
Durch die Kombination von Segmentierungsverfahren mit der erweiterten Finite-Elemente-Methode (XFEM) soll dabei der wesentliche Vorteil voxelbasierter Diskretisierungsverfahren, das nichtkonforme, strukturierte Berechnungsnetz, mit einer glatteren Approximation der Materialgrenzen kombiniert und so die Genauigkeit der lokalen Feldgrößen gegenüber Voxelmethoden verbessert werden.
Effektive aktuatorische Spannungen für nichtlineares (durchgezogene Linien) und lineares magnetisches Materialverhalten (gestrichelte Linien) in Abhängigkeit der makroskopischen Flussdichte mit Verschiebungsfeld u1 (dreifach überhöht dargestellt) für eine
Projektleiter
Prof. Dr.-Ing. Markus Kästner, TU Dresden
Projektmitarbeiter
Dipl.-Ing. Karl Kalina, TU Dresden
Förderzeitraum
2013 -
Publikationen
[1] C. Spieler, M. Kästner, J. Goldmann, J. Brummund, V. Ulbricht: XFEM modeling and homogenization of magnetoactive composite materials. Acta Mechanica 224(11), S.2453-2469, 2013
[2] S. May, M. Kästner, S. Müller, V. Ulbricht: Hybrid IGAFEM/IGABEM formulation for two-dimensional stationary magnetic and coupled magneto-mechanical field problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 273, S.161-180, 2014
[3] C. Spieler, P. Metsch, M. Kästner, V. Ulbricht: Microscale Modelling of Magnetoactive Composites Undergoing Large Deformations . Technische Mechanik 34(1), S. 39-50, 2014
[4] C. Spieler, M. Kästner, V. Ulbricht: Analytic and numeric solution of a magneto-mechanical inclusion problem. Archive of Applied Mechanics, 85(9), S. 1483–1497, 2015
Kontakt
TU Dresden
Institut für Festkörpermechanik
01062 Dresden