Berechnen von Mechanik & Deformation

ElastoDict

Verbundwerkstoffe spielen eine entscheidende Rolle für Leichtbauanwendungen. Doch die Analyse ihres Verhaltens ist aufgrund des stark anisotropen Verhaltens und der komplexen Schädigungsmechanismen, die sie aufweisen, eine Herausforderung.  Die teuren, zeitaufwändigen und oft unpraktikablen experimentellen Tests zur Erforschung von Verbundwerkstoffen können durch Simulationen in GeoDict ergänzt oder ersetzt werden.

ElastoDict hilft, die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen zu bestimmen, um das Material durch gezielte Simulationen in der 3D-Mikrostruktur besser zu verstehen. Es lassen sich zum Beispiel Simulationen der anisotropen Steifigkeit, der Schädigung und des Materialversagens durchführen, die bei der Untersuchung bestehender Materialien auch direkt auf CT-Bildern zu sehen sind.  

An 3D-Strukturmodellen, die z.B. mit FiberGeo erstellt werden können, lassen sich die Eigenschaften von neuen Materialdesigns berechnen. Die genauen Ergebnisse auf der Mikrostrukturskala können zur Verbesserung von Bauteilsimulationen verwendet werden.

Der Einsatz von Simulationen zur Beantwortung von Fragen zu mechanischen Eigenschaften und Verformung ist nicht nur für Verbundwerkstoffe, sondern auch für poröse Materialien von großer Bedeutung. Mit ElastoDict kann beispielsweise simuliert werden, wie der Einspanndruck die Struktur einer Gasdiffusionsschicht (GDL) in einer PEM-Brennstoffzelle verändert oder wie sich die Eigenschaften von Gesteinsproben unter in-situ-Bedingungen ändern.

Alle ElastoDict-Simulationen laufen mit dem in ElastoDict integrierten und am Fraunhofer ITWM entwickelten Solver FeelMath äußerst speichereffizient und mit hoher Geschwindigkeit. 

Service

Schnelle und speichereffiziente Löser 

Wissenschaftliche Publikation

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Anwendungsbeispiele

ElastoDict Features

In ElastoDict kann man zwischen den folgenden drei Optionen wählen:

ElastoDict-AF

Mit AF kann man analytische Approximationen und Grenzen für die linear elastischen Eigenschaften einer komplexen Mikrostruktur berechnen. Da keine partielle Differenzialgleichung gelöst wird, erfolgt die Berechnung sehr schnell und gibt eine erste Approximation des Materialverhaltens.

ElastoDict-VOX

Mit Hilfe von VOX kann man sehr genau die linear elastischen Eigenschaften der 3D Mikrostruktur berechnen, wobei die zugehörige partielle Differenzialgleichung gelöst wird. Als Ergebnis erhält man z.B. die lokale Von-Mises-Spannung, welche Aufschluss darüber gibt, an welchen Stellen das Material versagen wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein umfangreiches Post-Processing der Ergebnisse angeboten wird und man den kompletten Steifigkeitstensor und Informationen darüber erhält, ob das Material eher orthotrop, transvers-isotrop oder isotrop ist.

ElastoDict-LD

Mit LD kann man große nichtlineare Deformationen simulieren, wie z.B. die Durchführung eines Standard-Zugversuchs in eine beliebige Richtung in der 3D Mikrostruktur. Die Materialmodelle für die Konstituentenmaterialien können Schädigung, Materialversagen, plastische Deformation, viskose Effekte und vieles mehr beinhalten. Zur Modellierung der Konstituentenmaterialien können Abaqus UMAT-Dateien eingesetzt werden, so dass viele Effekte in der nichtlinearen Simulation aufgenommen werden können.

Ergebnisse, die man durch eine LD Simulation erhält, sind zum Beispiel die Ermittlung der Dehnungs-Spannungs-Kurve, welche lokale Informationen beinhaltet an welchen Stellen das Material geschädigt und versagen wird. Die LD Simulation erzeugt auch die deformierte Struktur für jeden Lastfall den man gerechnet hat, wodurch auch andere Experimente, wie ein zyklischer Belastungstest oder ein Scherexperiment, simuliert werden können.

GeoDict Anwendungen

Welche zusätzlichen Module werden benötigt?

  • Für die Grundfunktionalität wird das Paket GeoDict Base benötigt.
  • ImportGeo-Vol: für den Import und die Segmentierung der µCT-Bilder und die Generierung der 3D-Strukturmodelle
  • Module aus dem Digitalen Materialdesign zur Erstellung/Modellierung von 3D-Strukturmodellen in GeoDict