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Bericht zur Sitzung des Arbeitskreises Mikrostrukturmechanik im FA Computersimulation

Ganz im Zeichen poröser Werkstoffe stand die Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Mikrostrukturmechanik am 08.05. am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.

Diese leichten Werkstoffe zeichnen sich durch gute thermische und akustische Isolationseigenschaften aus. Nach einer herzlichen Begrüßung durch unseren Gastgeber Dr. Kabir vom DLR Institut für Werkstoffforschung, eröffnete S. P. Patil von der RWTH Aachen mit einem Vortrag zur atomistischen Simulation von nanostrukturiertem Siliziumdioxid den Fachteil der Sitzung. Er berichtete von der akkuraten Vorhersage der elastischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Porosität basierend auf dem Vashishta-Potential in der molekularen Simulation und zeigte erste Resultate für die Simulation von Graphen-Aerogelen. Auch der zweite Referent A. Rege vom DLR in Köln beschäftigte sich in seinem Vortrag mit dem mechanischen Verhalten von Aerogelen, diese jedoch diesmal auf Basis von Biopolymeren. Seine Modellierung erfolgte über ein Mikrozellen-Modell unter Anwendung der nichtlinearen Balkentheorie, wodurch Dehnung und Kompression bis zum Versagen modelliert werden kann. Im Anschluss präsentierte K. Jarolin von der TU Hamburg mit dem „bonded-particle model“ eine verwandte Methode zur Beschreibung poröser Strukturen und deren effektiven mechanischen Eigenschaften. Beispiel war die Kompression von Holzpellets und ultrahochfestem Beton. Unterschied der Methode ist, dass jede einzelne Bindung zwischen Knotenpunkten ein Objekt mit eigenen Parametern wie z.B. Dicke und Kennlinien ist, wohingegen Balken 1D-Elemente sind. Den Abschluss der Morgensession bildete H. Richter von SGL Carbon, der die frei lizenzierte Mote3D-Toolbox zur Erzeugung komplexer Mikrostrukturen vorstellte. Beispiele waren Schäume sowie auch periodische Nanostrukturen.

Nach der Mittagspause präsentierte M. Prasad von der RUB Bochum die mechanische Modellierung additiv gefertigter Bauteile aus Stahl von Typ 316L mittels einem nichtlokalen Kristallplastizitätsmodell. Untersuchungsgegenstand war der Einfluss der bei der Herstellungsmethode auftretenden Poren auf die makroskopischen Eigenschaften, insbesondere der von Porenform, -Verteilung und –Dichte. J. von Kobylinski von der TU München berichtete von experimentellen Untersuchungen mittels Neutronenbeugung für die Untersuchung des mikromechanischen Verhaltens von Nickelbasis-Legierungen nahe der Fließgrenze. Besonders interessant war die gute simulative Vorhersage der Beugungsmuster aus den Dehnungen mit dem 3D-CPFEM Modell mit Verfestigungsmodell für Inconel718. Für Haynes282 wurde gezeigt, dass noch ein Entfestigungsmodell implementiert werden muss um auch dort die experimentellen Beobachtungen vorherzusagen. T. F. Korzeniowski von der Universität Siegen stellte einen datenbasierten Ansatz zur Bestimmung der Verformungseigenschaften von RVEs vor, welcher anhand von Trainingsdaten aus FEM-Rechnungen kalibriert wurde. Für die Berechnung von weiteren Mikrostrukturen kann dann auf die aufwändige FEM-Rechnung verzichtet werden und das Resultat vom trainierten neuronalen Netz in Sekundenschnelle bestimmt werden. Der abschließende Vortrag von J. Langenberg von der RWTH Aachen widmete sich dem Spaltbruch des Konstruktionsstahls S355, welcher mittels einem modifizierten Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) Modell untersucht wurde. Hintergrund ist der unerwartete Anstieg der Duktilität im Experiment bei niedrigen Temperaturen, der sich mit dem Modell auch in der Simulation erklären lässt.

Abgerundet wurde der Tag durch eine Führung durch das Astronautentrainingszentrum am DLR, wo z.B. Außeneinsätze an der ISS an realgroßen Modulen im Wasserbecken trainiert werden. Ein weiterer Programmpunkt war der Besuch der Missionkontrolle für ESA Experimente und Landegeräte, wie z.B. für die Hayabusa 2 Mission oder Philea und Mascot. Wir danken Herrn Dr. Kabir und Frau Kuhl vom Astronautentrainingszenter für die informative Sitzung bzw. die eindrucksvolle Führung und der DGM für die Koordinierung der Sitzung.

Prof. Dr. Siegfried Schmauder
Leiter des AK Mikrostrukturmechanik

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