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Weitere Projekte

  • Ein numerisches Model für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2014 - 31.01.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das übergeordnete Ziel des beantragten Mercator Vorhabens ist die Erstellung eines numerischen Modells für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen. Dazu werden drei Teilziel verfolgt:Das erste Teilziel besteht in der Entwicklung eines numerischen Models für die Partikel-Fluid-Interaktion. Dieses soll einerseits insbesondere die translatorischen und rotatorischen Effekte in der Fluidströmung berücksichtigen und andererseits einen besonderen Fokus auf die resultierende rotatorische Partikelbewegung durch eine hochgenau Bestimmung der Partikelorientierung und -winkelgeschwindigkeit legen. Hierzu sind die Erstellung eines verbesserten Lagrangeschen Partikelverfolgungsalgorithmus zur Verfolgung von nicht-sphärischen Partikeln in einem mit der Geschwindigkeits-Wirbel-Formulierung aufgelösten Strömungsfeld und die Entwicklung einer Zweiwegekopplung im Rahmen eines BEM-Zugangs, der auf einem verbessertem Quellverteilungsmodel in der fluiden Phase basiert, geplant.Das zweite Teilziel besteht in der Berücksichtigung von Kraft- und Momentenmodellen für nicht-spärische Partikel zur Erfassung des Impulsaustausches zwischen Partikeln und Strömung. Hierbei wird ein besondererFokus auf generische ellipsoide Partikelformen gelegt. Im Rahmen der beabsichtigten Starrkörpermodellierung für die Partikel wird begleitend ein Partikelpräprozessor entwickelt, um die Trägheitskennwerte beliebiger Partikel bereitzustellen.Das dritte Teilziel besteht in der Entwicklung schneller paralleler Algorithmen um so hochgenaue und schnelle Berechnungen insbesondere des Wirbelanteils der Strömung mit dem zuvor etablierten BEM-Zugang einerseits und eine effiziente Lösung der die Partikelbewegung beschreibenden differentialalgebraischen Gleichungen andererseits zu ermöglichenDer entwickelte Gesamtalgorithmus wird schließlich durch Vergleich mit unabhängigen numerischen Ergebnissen validiert auf den experimentell verifizierten Testfall einer Schlammflockensedimentierung angewandt.
  • Teilprojekt P6 - Fracture in Thermoplastics: Discrete-to-Continuum
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
    Laufzeit: 02.01.2019 - 30.06.2023
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-6-fracture-in-thermoplastics-discrete-to-continuum/
    Nanocomposites have great potential for various applications since their
    properties may be tailored to particular needs. One of the most
    challenging fields of research is the investigation of mechanisms in
    nanocomposites which improve for instance the fracture toughness even at
    very low filler contents. Several failure processes may occur like
    crack pinning, bi-furcation, deflections, and separations. Since the
    nanofiller size is comparable to the typical dimensions of the monomers
    of the polymer chains, processes at the level of atoms and molecules
    have to be considered to model the material behaviour properly. In
    contrast, a pure particle-based description becomes computationally
    prohibitive for system sizes relevant in engineering. To overcome this,
    only e.g. the crack tip shall be resolved to the level of atoms or
    superatoms in a coarse-graining (CG) approach.Thus, this project aims to extend the recently developed multiscale
    Capriccio method to adaptive particle-based regions moving
    within the continuum. With such a tool at hand, only the vicinity of a
    crack tip propagating through the material has to be described at CG
    resolution, whereas the remaining parts may be treated continuously with
    significantly less computational effort.
  • Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.01.2019 - 30.06.2023
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Integriertes Graduiertenkolleg (SFB / GRK)
    URL: https://www.frascal.research.fau.eu/
    Das Graduiertenkolleg (GK) zielt auf das vertiefte Verständnis des Bruchverhaltens spröder, heterogener Materialien, indem es Simulationsmethoden entwickelt, die den vielskaligen Charakter von Bruchvorgängen erfassen können. Durch i) Verankerung in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, ii) Fokussierung auf den Einfluss von Heterogenitäten auf das Bruchverhalten auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen sowie iii) Integration hochgradig spezialisierter Ansätze in ein „holistisches“ Konzept widmet sich das GK einem anspruchsvollen Querschnittsthema der Werkstoffmechanik. Obwohl Ansätze für Simulationen zur Beschreibung des Bruchverhaltens für bestimmte Materialtypen sowie spezifische Zeit- und Längenskalen existieren, fehlt bislang ein ganzheitlicher, übergreifender Ansatz, mit dem Bruchvorgänge in diversen, besonders in heterogenen Materialien und in verschiedener zeit- und räumlicher Auflösung erfassbar sind. Daher beantragen wir ein interdisziplinäres GK aus Mechanik, Werkstoffwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik, das die erforderliche Methodik zur Untersuchung der Mechanismen des Sprödbruchs und deren Beeinflussung durch mehrskalige Heterogenitäten in verschiedenen Materialien entwickeln wird. Die so erzielten Erkenntnisse und der methodische Rahmen werden es erlauben, in Bezug auf das Bruchverhalten maßgeschneiderte und optimierte Materialien zu entwickeln. Das GK wird ein repräsentatives Spektrum spröder Materialien und deren Komposite sowie granulare und poröse Materialien umfassen. Im GK werden diese auf für Natur- und Ingenieurwissenschaften relevanten Zeit- und Längenskalen in subatomaren, atomaren, mesoskaligen und makroskopischen Beschreibungen untersucht. Die Modellierungen und Simulationen beruhen auf Ansätzen der Quantenmechanik, der Molekularmechanik und der Kontinuumsmechanik. Diese werden in einen umfassenden Rahmen eingebettet, der perspektivisch zu einem virtuellen Labor führt, das letztlich aufwändige und teure Material- und Bauteilversuche ergänzen und minimieren soll. Im GK werden Nachwuchsforscherinnen und -forscher unter Betreuung erfahrener PAs zu anspruchsvollen skalenübergreifenden Fragen von Bruchvorgängen forschen. Das GK wird in der Forschung und Lehre Synergien fördern und soll ein Schlüsselelement in den interdisziplinären Forschungsschwerpunkten „Neue Materialien und Prozesse“ sowie „Modellierung–Simulation–Optimierung“ der FAU werden.
  • Teilprojekt P12 - Postdoctoral Project: Quantum-to-Continuum Model of Thermoset Fracture
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
    Laufzeit: 02.01.2019 - 30.06.2023
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-12-postdoctoral-project-quantum-to-continuum-model-of-thermoset-fracture/
    Fracture is an inherently multiscale process in which processes at all
    length- and timescales can contribute to the dissipation of energy and
    thus determine the fracture toughness. While the individual processes
    can be studied by specifically adapted simulation methods, the interplay
    between these processes can only be studied by using concurrent
    multiscale modelling methods. While such methods already exist for
    inorganic materials as metals or ceramics, no similar methods
    have been established for polymers yet.The ultimate goal of this postdoc project is to develop a concurrent
    multiscale modelling approach to study the interplay and coupling of
    process on different length scales (e.g. breaking of covalent bonds,
    chain relaxation processes, fibril formation and crazing at
    heterogeneities,…) during the fracture of an exemplary thermoset and its
    dependence on the (local) degree of cross-linking. In doing so, this
    project integrates results as well as the expertise developed in the
    other subprojects and complements their information-passing approach.
  • Teilprojekt P5 - Compressive Failure in Porous Materials
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
    Laufzeit: 02.01.2019 - 30.06.2023
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-5-compressive-failure-in-porous-materials/
    Materials such as solid foams, highly-porous cohesive granulates, for
    aerogels possess a mode of failure not available to other solids. cracks
    may form and propagate even under compressive loads (‘anticracks’,
    ‘compaction bands’). This can lead to counter-intuitive
    modes of failure – for instance, brittle solid foams under compressive
    loading may deform in a quasi-plastic manner by gradual accumulation of
    damage (uncorrelated cell wall failure), but fail catastrophically under
    the same loading conditions once stress concentrations trigger
    anticrack propagation which destroys cohesion along a continuous
    fracture plane. Even more complex failure patterns may be observed in
    cohesive granulates if cohesion is restored over time by
    thermodynamically driven processes (sintering, adhesive aging of newly
    formed contacts), leading to repeated formation and propagation of zones
    of localized damage and complex spatio-temporal patterns as observed in
    sandstone, cereal packs, or snow.We study failure processes associated with volumetric compaction in
    porous materials and develop micromechanical models of deformation and
    failure in the discrete, porous microstructures. We then make a scale
    transition to a continuum model which we parameterise using the discrete
    simulation results.