Die präzise Modellierung des Materialverhaltens ist von entscheidender Bedeutung für den Erfolg numerischer Simulationen des Belastungsverhaltens von Bauteilen oder von Prozessen. Ein Forschungsschwerpunkt des LTM ist die Entwicklung konstitutiver Modelle zur Beschreibung des elastischen, plastischen oder viskoelastischen Verhaltens unterschiedlicher Ingenieurmaterialien. Neben Schädigungs- oder Bruchvorgängen werden auch physikalisch gekoppelte Probleme betrachtet, beispielsweise die Modellierung elektro- oder magnetoaktiver Polymere.
Projects:
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Dieser Antrag befasst sich mit einem gekoppelten Quantenmechanik (QM) - Kontinuumsmechanik (KM) - Ansatz zur Analyse elektro-elastischer Probleme. Trotz der Anstrengungen, die bereits unternommen wurden um die verschiedenen Modelle zur Beschreibung des Verhaltens von Materie zusammenzuführen, gibt es noch offene Fragen, die weiterer Klärung bedürfen. Zunächst gilt es einen effizienten, auf Finiten Elementen (FE) basierenden Lösungsansatz für die Kohn-Sham (KS) Gleic…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Funding source: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
Acronym: NanoModel
Project leader:
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
The mechanical response of electronic electro-active polymers (EEAP) under electric loading is influenced both by mechanical and electric properties of the material. Understanding the behavior of EEAP is vital in the development and design of EEAP based actuators and artifical muscles. Despite the fact that applications of EEAP are very promising, until now only a handful of experimental works have been realized to characterize their material properties. Moreover, so far only one-sided coupled m…
Funding source: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
Project leader:
This proposal aims at an extension of a recently developed, hybrid MD-FE simulation scheme towards its application to materials dominated by polymer-solid interphases. Only particle-based methods are able to intrinsically resolve microstructure and mechanical behavior of interphases. Therefore, we proceed with the following setup: A coarse-grained MD domain, which contains a single nanoparticle and as much polymer as necessary to ensure bulk behavior at the boundary, is included into a FE do-mai…
Funding source: EU - 7. RP / Ideas / ERC Advanced Investigator Grant (AdG)
Acronym: MOCOPOLY
Project leader:
MOCOPOLY is a careful revision of an AdG2010-proposal that was evaluated above the quality threshold in steps1&2. In the meantime the applicant has made further considerable progress related to the topics of MOCOPOLY. Magneto-sensitive polymers (elastomers) are novel smart materials composed of a rubber-like matrix filled with magneto-active particles. The non-linear elastic characteristics of the matrix combined with the magnetic properties of the particles allow these compounds to deform d…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Im Fokus dieses Vorhabens steht die mechanische Mehrskalenmodellierung und -simulation von Materialien mit heterogener Faserstruktur (z.B. schaumartige Filterstrukturen oder Dämmungs-materialien aus der Automobilindustrie) unter besonderer Berücksichtigung des Kontakts zwi-schen den einzelnen Fasern. Das Problem wird dabei durch die Berücksichtigung der verschie-denen geometrischen Längenskalen so komplex, dass eine direkte numerische Simulation nicht mehr möglich ist. F…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Magneto-sensitive-elastomers are smart materials which are composed of a rubber-like basis matrix filled with magneto-active particles. Due to the highly elastic properties of the rubberlike material, these compounds are able to deform significantly, i.e. geometrically non-linearly by the application of external magnetic fields. The rapid response, the high level of deformations that may be achieved, and the possibility of controlling these deformations by varying an external magnetic field, mak…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Im Fokus dieses Vorhabens steht die mechanische Mehrskalenmodellierung und -simulation von Materialien mit heterogener Faserstruktur (z.B. schaumartige Filterstrukturen oder Dämmungs-materialien aus der Automobilindustrie) unter besonderer Berücksichtigung des Kontakts zwi-schen den einzelnen Fasern. Das Problem wird dabei durch die Berücksichtigung der verschie-denen geometrischen Längenskalen so komplex, dass eine direkte numerische Simulation nicht mehr möglich ist. F…
Funding source: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
Project leader: ,
Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens auf der Methodenseite ist es, eine vom Rechenaufwand handhabbare numerische Methode zu etablieren, die es erlaubt, polymorphe Unsicherheiten in großdimensionierten Problemen (die z.B. im Rahmen der numerischen Analyse der Mikrostruktur heterogener Materialien entstehen) zu erfassen. Dazu wird die Methode auf der einen Seite unscharfe Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Zufallsparameter (die die Geometrie der Mikrostruktur beschreiben) berücksichtigen und a…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
The main goal of this proposal is the computational modeling of solvent penetration in glassy polymers. For most engineering applications, Fick s law accurately describes diffusive processes, but one of the applications where it miserably fails is in glassy polymers near the glass transition temperature. In the vicinity of the glass transition temperature, when a low molecular weight solvent diffuses into a glassy polymer, the latter is caused to undergo a rubber-glass phase transition. The diff…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Diffusion, especially when coupled with deformation, is of utmost scientific and technological im-portance in various fields of engineering, materials science, natural sciences and their intersections. Prominent examples are the modelling and simulation of solder joints, micro-structure evolution in advanced materials as used e.g. in modern and future turbine blades produced from single crystals, mineral unmixing in geology, contaminant distribution in environmental systems, and drug transport a…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Das beantragte Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der numerischen Simulation und der Modellierung des Verhaltens von EEAPs (Electronic Electro-Active Polymers) unter dem Einfluss elektrischer Belastungen. Obwohl bereits Arbeiten vorliegen, die das Verhalten von EEAPs prinzipiell beschreiben, bedarf es noch weiterer Anstrengungen um die elektro-thermo-mechanische Wechselwirkung in einem Kontinuumskörper zu modellieren, der einerseits großen Formänderungen unterliegt und…
Project leader: ,
Klassische kontinuierliche Ansätze berücksichtigen die besondere atomare oder molekulare Struktur von Materialien nicht explizit. Somit sind sie für die korrekte Beschreibung hochgradig multiskaliger Phänomene wie beispielsweise Rissausbreitung oder Interphaseneffekte in Polymerwerkstoffen nicht gut geeignet. Um die atomare Auflösungsebene zu integrieren, wurde die „Capriccio“-Methode als eine neuartige Multiskalentechnik entwickelt. Sie wird z.B. für die Untersuchung des Einflusses nanoskaliger…
Project leader:
Aussagefähige Bauteilsimulationen erfordern eine quantitativ exakte Kenntnis der Materialeigenschaften. Dabei sind klassische Charakterisierungsmethodenteilweise aufwendig, in der Variation und Kontrolle der Umgebungsbedingungen anspruchsvoll oder in der räumlichen Auflösung begrenzt. Das Projekt beschäftigt sichdeshalb mit der Ertüchtigung hochauflösender Meßmethoden wie Nanoindentation oder Rastkraftmikroskopie und der komplementierenden Entwicklung numerisc…
Project leader:
Die mechanischen Eigenschaften von Polymerwerkstoffen hängen nicht nur von der chemischen Komposition und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte,...) ab, sondern sie variieren teilweise erheblich mit dem verwendeten Aushärteregime und der Temperaturhistorie. Sie sind darüber hinaus vor allem in Verbundsituationen u.U. sogar ortsabhängig von den Eigenschaften der Kontaktpartner beeinflußt, bilden also Eigenschaftgradienten (sog. Interphasen) aus. Um diese Effekte…
Project leader:
Die numerische Simulaton von geschichteten Blechpaketen, welche in Elektrischen Antrieben und Transformatoren auftreten, stellt aufgrund des Aufbaus dieser Komponenten eine Herausforderung in der Strukturmechanik dar. Je nach Herstellungsprozess stehen diese Bleche entweder in direktem Reibkontakt zueinander oder werden mit Hilfe von Backlack zusammengehalten. Insbesondere die Zwischenschicht und die Interaktion einzelner Bleche besitzen einen großen Einfluss auf die Struktur und könn…
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P8
Project leader: ,
The mechanical properties and the fracture toughness of polymers can be increased by adding silica nanoparticles. This increase is mainly caused by the development of localized shear bands, initiated by the stress concentrations due to the silica particles. Other mechanisms responsible for the observed toughening are debonding of the particles and void growth in the matrix material. The particular mechanisms depend strongly on the structure and chemistry of the polymers and will be analysed for…
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P10
Project leader: ,
In a continuum the tendency of pre-existing cracks to propagate through the ambient material is assessed based on the established concept of configurational forces. In practise crack propagation is however prominently affected by the presence and properties of either surfaces and/or interfaces in the material. Here materials exposed to various surface treatments are mentioned, whereby effects of surface tension and crack extension can compete. Likewise, surface tension in inclusion-matrix interf…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:
Kunststoffe spielen in Ingenieuranwendungen eine wichtige Rolle, wobei sie neue Möglichkeiten zur gezielten Einstellung von Materialeigenschaften bieten. Sie bestehen aus langkettigen Polymeren und bieten, zusammen mit z.B. Füllstoffen, ein enormes Potential für maßgeschneiderte Eigenschaften. Moderne Verfahren erlauben es, Füllstoffpartikel mit typischen Abmessungen von einigen Nanometern herzustellen und in Polymeren zu dispergieren. Selbst bei geringem Volumenanteil können diese sog. Nanofüll…
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P6
Project leader: ,
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 polyme…
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P12
Project leader: , ,
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…
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P5
Project leader: ,
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 c…
Funding source: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Acronym: FRASCAL
Project leader:
Funding source: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
Acronym: GRK2423 - P11
Project leader: ,
In previous works, the dependence of failure mechanisms in composite materials like debonding of the matrix-fibre interface or fibre breakage have been discussed. The underlying model was based on specific cohesive zone elements, whose macroscopic properties could be derived from DFT. It has been shown that the dissipated energy could be increased by appropriate choices of cohesive parameters of the interface as well as aspects of the fibre. However due to the numerical complexity of applied si…
Funding source: DFG-Einzelförderung / Emmy-Noether-Programm (EIN-ENP)
Acronym: BRAINIACS
Project leader:
Das Ziel diesesForschungsvorhabens ist es, mikromechanische Modelle für Gehirngewebe zuentwickeln, die es ermöglichen, Krankheiten früher zu diagnostizieren undBehandlungsmethoden zu optimieren. Zunächst wird das mechanische Verhalten vonGehirngewebe mithilfe innovativer Testmethoden über mehrere Zeit- undLängenskalen hinweg untersucht. Hierbei wird auch die Mikrostruktur getesteterProben analysiert – unter Berücksichtigung zellulärer, aber auchextrazellulärer Komponenten - um das komplexe Zusam…
Project leader:
Project leader:
In diesem Projekt sollen Biopolymer-Hydrogele hergestellt und mechanisch charakterisiert werden. Sie dienen als Ersatzmaterialien, um das hochkomplexe Verhalten weicher biologischer Gewebe zu verstehen und zu modellieren. Es wird ein Katalog für Ersatzmaterialien für verschiedene weiche Gewebe entstehen, der die spezifischen Charakteristiken ihrer mechanischen Antwort mit dem entsprechenden Modellierungsansatz in Verbindung bringt. Dieser Katalog könnte es in Zukunft wesentlich erleichtern, geei…