Mechanische Wechselwirkungen feindisperser Feststoffpartikel auf Basis von experimentell kalibrierten Kontaktmodellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Bröckel; Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170280493

Mit ständiger Steigerung der Rechentechnikleistung gewinnt die Modellierung von Schüttgütern mittels der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) weiter an Bedeutung. Mit diesem Werkzeug wird es möglich, mehrere Millionen Partikeln zu modellieren und auch bisher unberücksichtigte Effekte bzw. Mikroprozesse, wie beispielsweise die Bildung und den Einfluss von Kapillarschichten, Flüssigkeits- und Festkörperbrücken, unregelmäßigen Partikelformen sowie die Verfestigung oder Erweichung in die Simulation einzubeziehen. Ziel dieses Projektes ist es, die mechanischen Wechselwirkungen feindisperser Feststoffpartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 20 bis 100 μm mittels experimentell kalibrierter Kontaktmodelle zu beschreiben. In diesem Forschungsvorhaben soll das Kraft-Weg- Verhalten von kugelförmigen und unregelmäßigen Einzelpartikeln bei verschiedenen Beanspruchungsmodi (Druck, Zug, Scherung, Torsion) ermittelt werden. Mit zyklischen Belastungs-Entlastungs-Versuchen werden die Verformungsenergien der gesamten Energiebilanz der Belastung gemessen und der Einfluss des Belastungsverlaufes auf die zyklische Kontaktverfestigung oder -erweichung bestimmt. Für die geplanten Versuche wird eine neuartige Mikroapparatur aufgebaut bzw. weiterentwickelt, die die Belastung eines feinen Partikels zwischen zwei Wänden und die Darstellung von Partikel-Partikel-Kontakten erlaubt. Der Vorteil dieser Apparatur ist die 3D-Aufnahme der Partikelform bei der Belastung. Mit Hilfe der ermittelten Kräfte sollen die existierenden Kontaktmodelle validiert und erweitert werden. Dadurch lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Partikeln bestimmen. Auf Basis der physikalisch begründeten Modelle werden die DEM-Simulationen am Beispiel eines fließenden Pulvers durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1486: Partikel im Kontakt - Mikromechanik, Mikroprozessdynamik und Partikelkollektive
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk