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Strategie zur Modellierung des Steifigkeitsverhaltens partikelverstärkter, nichtlinear-elastischer Gradientenmaterialien

Titelangaben

Hüter, Florian ; Wittmann, Johannes ; Kleinschrodt, Claudia ; Alber-Laukant, Bettina ; Rieg, Frank ; Koeck, Kim ; Wicklein, Vanessa ; Scheibel, Thomas:
Strategie zur Modellierung des Steifigkeitsverhaltens partikelverstärkter, nichtlinear-elastischer Gradientenmaterialien.
In: Brökel, Klaus ; Nagarajah, Arun ; Rieg, Frank ; Scharr, Gerhard ; Stelzer, Ralph (Hrsg.): Digitalisierung und Produktentwicklung. - Bayreuth : Universität Bayreuth , 2018 . - S. 120-131 . - (Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik ; 16 )
ISBN 978-3-00-059609-4

Abstract

In vielen technischen und medizinischen Bereichen wächst das Interesse an Materialien mit graduell variierbaren Eigenschaften. Durch die graduelle Anpassung der Materialeigenschaften lassen sich beispielsweise Spannungskonzentrationen an Materialübergängen mit sprunghafter Steifigkeitsänderung vermeiden. Die Finite Elemente Analyse stellt einen geeigneten Ansatz für die mechanische Auslegung derartiger Gradientenmaterialien dar. In diesem Beitrag wird eine Strategie zur Modellierung von graduell partikelverstärkten nichtlinear-elastischen Materialien vorgestellt. Um den hohen Modellierungs- und Rechenaufwand einer direkten numerischen Simulation des Kompositmaterials zu umgehen, wird hier ein Ansatz zur Homogenisierung der Mikrostruktur verfolgt. Das Gradientenmaterial wird auf makroskopischer Ebene als homogener Körper mit graduell variierendem Steifigkeitsverhalten modelliert. Dabei werden die effektiven elastischen Eigenschaften des homogenen Körpers anhand eines Einheitszellenmodells der heterogenen Mikrostruktur des Kompositmaterials bestimmt.

Abstract in weiterer Sprache

The interest in materials with gradually varying properties is growing throughout many technical and medical fields. Due to the gradual adaptation of the material properties, stress concentrations at the transition of two materials with different elastic moduli can be avoided. The Finite Element Analysis provides a suitable approach for the design of these mechanically graded materials. Hence, a modeling strategy for gradually particle-reinforced nonlinear elastic materials is presented in this paper. A homogenization strategy is applied to avoid the high modeling and computational effort of a direct numerical simulation of the composite material.
On the macroscopic scale, the mechanically graded material is modeled as a homogeneous body with gradually varying stiffness behavior. The effective elastic properties of the homogeneous body are determined by means of a unit cell model of the heterogeneous microstructure of the composite material.

Weitere Angaben

Publikationsform: Aufsatz in einem Buch
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Einheitszelle; FEA; Gradientenmaterial
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 15 Okt 2018 07:41
Letzte Änderung: 15 Okt 2018 07:41
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/46016