Beschreibung der multiaxialen mechanischen Eigenschaften von isotropen Polymerschäumen auf der Basis von mikro- und makromechanischen Konzepten

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Wilfried Becker; Dr.-Ing. Vladimier A. Kolupaev
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 164109474

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Das Forschungsvorhaben widmete sich der Identifikation, Beschreibung und Vorhersage der effektiven Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften von geschlossenporigen Polymerschäumen. Dabei wurde ein dreigleisiger Zugang zur Materialcharakterisierung verfolgt. Zum Einen erfolgte eine räumliche mikromechanische Modellierung anhand von periodischen repräsentativen Tetrakaidekaeder-Einheitszellen auf dem Weg der numerischen Homogenisierung. Dabei wurden mit µ-CT aufgenommene Imperfektionen der Mikrostruktur berücksichtigt. Neben quantitativen Aussagen ergab die mikromechanische Analyse auch Aufschluss über die zu erwartenden mikromechanischen Versagensmoden. Zum Zweiten erfolgte eine makroskopisch-phänomenologische Beschreibung der Effektiveigenschaften, wobei geeignete Darstellungen für die Versagensflächen zu identifizieren waren. Schließlich wurde das räumliche Steifigkeitsund Versagensgeschehen durch neue, mehraxiale Versuchsführungen auch experimentell ermittelt. Im Wechselspiel mit den experimentellen Ergebnissen wurden die mikromechanischen und makroskopisch-phänomenologischen Beschreibungen sorgfältig aufeinander abgestimmt und quantitativ abgeglichen. Auf diesem Weg wurde zum vertieften Verständnis und zur fortgeschrittenen Beschreibung vorhandener Polymerschäume beigetragen.

Publications

• Application of the bimodal elasticity theory to the foam core of a sandwich plate. Ed. Grellmann, W., 13. Tagung Deformations- und Bruchverhalten von Kunststoffen, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, (2011), 28 p.
  Kolupaev, V.A.; Bleier, A.; Becker, W.
  
• Effective mechanical properties of closed-cell foams investigated with a microstructural model and numerical homogenisation. In Altenbach, H.; Eremeyev, V. A.: Shell-like Structures - Non-classical Theories and Applications. Springer, Berlin Heidelberg (2011), pp. 549-560
  Fahlbusch, N.-C.; Becker, W.
  
• Model based on multi-stage algorithm for foam structure Analysis using Microcomputer-Tomography. Ed. Grellmann, W., 13. Tagung Deformations- und Bruchverhalten von Kunststoffen, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, (2011), pp. 428–433
  Glöckner, R.; Geerz, G.; Kolupaev, V. A.
  
• Numerische Homogenisierung von harten Schäumen. Ed. Grellmann, W., 13. Tagung Deformations- und Bruchverhalten von Kunststoffen, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Merseburg, (2011), pp. 414–418
  Fahlbusch, N.-C.; Becker, W.; Kolupaev, V.A.
  
• Strength hypothesis applied to hard foams. Applied Mechanics and Materials, 70, (2011), pp. 99–104
  Kolupaev, V.A.; Bolchoun, A.; Altenbach, H.
  
• Comparing results from numerical homogenization to experimental data for closed-cell foams. Tagung Cellular Materials, Dresden, (2012), 6 p.
  Fahlbusch, N.-C.; Becker, W.; Geertz, G.; Kolupaev, V.A.
  
• Microstructural model of a closed-cell foam on the basis of image analysis. Proc. Appl. Math. Mech., 12, (2012), pp. 191-192
  Fahlbusch, N.-C.; Becker, W.
  
• Phenomenological yield and failure criteria. In Altenbach, H.; Öchsner, A.: Plasticity of Pressure-Sensitive Materials. Springer, Berlin (2012), pp. 45-143
  Altenbach, H.; Bolchoun. A.; Kolupaev, V.A.
  
• Auslegung von Probekörpern aus Hartschaum zur Ermittlung der biaxialen Zugfestigkeit. Forschung im Ingenieurwesen, 2014, Volume 78, Issue 3–4, pp 69–86
  Kolupaev, V.A.; Becker, W.; Massow, H.; Dierkes, D.
  (See online at https://doi.org/10.1007/s10010-014-0175-9)