Erstellung eines Simulationsmodells für Metallschäume

Anwendung: Vorhersage der Eigenfrequenzen und Formen 

	Allgemein: Auf Grund ihrer zahlreichen nützlichen Eigenschaften  z.B. zur Gewichtsreduktion im Leichtbau und auf Grund ihres exzellenten Energie- Absorption- Verhaltens spielen Metallschäume eine immer wichtigere Rolle. In der Automobil-Industrie zum Beispiel, werden Schäume immer häufiger in den tragenden und Crash-relevanten Strukturen eingesetzt. Versuche an Strukturen aus Metallschäumen zeigen für das Verformungs- und Versagensverhalten eine große Streuung der Messwerte und einen ausgeprägten Größeneffekt in der Standardabweichung. Als Ursache werden Inhomogenitäten der Mikrostruktur, die sich als Dichteschwankungen und Defekten der Zellstruktur ausdrücken, angenommen. Allgemeines Ziel ist die Erstellung eines Simulationsmodells, welches diese Inhomogenitäten auf der Mikroebene erfasst und dadurch die Streuungen im makroskopischen Verhalten abbildet. Dabei spielen folgende Bereiche eine Rolle: - Verformungsverhalten - Simulationsmethodik auf verschiedenen Skalen - Multiskalensimulation - Rechnergestützte Dynamik - Kontinuumsmechanik - stochastische Mechanik
Mesoebene: Auf der Mesoebene wurde ein dreidimensionales Simulationsmodell für sowohl offen-porige als auch geschlossenporige Metallschäume entwickelt, das Schaumstrukturen über drei verschiede Ansätze (Kelvin-Zellen, gestörte Kelvin-Zellen, Voronoi-Tesselation) generiert und ihre linear-elastischen Eigenschaften berechnen kann. Mit Hilfe dieses Simulationsmodells ist der Einfluss von Erweiterungen wie zum Beispiel Vorverformtheit der Zellstege und Zellflächen oder deren nicht konstante Querschnittsflächen untersucht worden. Desweiteren wurden Inhomogenitäten wie Fehlstellen und teilweise geschlossene Zellen abgebildet. Damit ist die Vorhersage der Verteilungen und der Auto- und Kreuzkorrelationen der einzelnen mechanischen Parameter möglich.
	Makroebene: Mit Hilfe der Verteilungen und der Korrelationsfunktion ist es nun möglich das Materialverhalten und seine Streuung auf der Makroebene abzubilden. Dazu werden Methoden aus der Stochastischen Mechanik (Karhunen-Loeve-Zerlegung, Stochastisches Ritzverfahren, stochastische Störungsrechnung) verwendet. Eine beispielhafte Anwendung dieses Verfahrens ist die Vorhersage der Eigenfrequenzen und deren Streuungen von Balken aus Metallschaum. Die getroffenen Aussagen werden mittels Experimente am Institut validiert.

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Internationale Konferenzen

10th US National Congress on Computational Mechanics
16.-19.07.2009, Columbus, Ohio, USA
Vortrag: "Prediction of Eigenfrequencies of Metal Foam beams by analyzing Random Mesoscale Models"

Statusseminar des Instituts für wissenschaftliches Rechnen und mathematische Modellbildung
24.04.2009, Karlsruhe
Vortrag: "Makroskopisches mechanisches Verhalten von Metallschäumen unter dem Einfluß der unregelmäßigen Mikrostruktur" 

2nd International Conference on Advanced Computational Engineering and Experimenting
14.-15.07.2008, Barcelona, Spanien
Vortrag: "Macroscopic mechanical behavior of metal foam influenced by mesoscopic inhomogenities" 

8th World Congress on Computational Mechanics (WCCM) und
5th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS)
30.06.-04.07.2008, Venedig, Italien
Vortrag: "The influence of mesoscopic irregularities on the macroscopic behavior of metal foam"

79. Jahrestagung der Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik e.V.
31.03.-04.04.2008, Bremen
Vortrag: "Macroscopic mechanical properties of metal foam in dependence on the inhomogenities of the mesoscale"

9th US National Congress on Computational Mechanics
23.-26.07.2007, San Francisco, USA
Vortrag: "Modelling of irregular honeycomb-structures and the influence of inhomogenities on the linear elastic properties od the macroscale"

78. Jahrestagung der Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik e.V.
16.-20.07.2007, Zürich, Schweiz
Vortrag: "A contribution to the modeling of metal foams on the mesoscale"

77. Jahrestagung der Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik e.V.
27.-31.03.2006, Berlin
Vortrag: "Bifurcation Behavior od a 1DOF Sliding Friction Oscillator"

ITM interne Vorträge

30.09.-02.10.2008, Klingenmünster
Vortragstitel: "Metallschäume und der Keller - Experimente und Identifikation"

10.-13.09.2007, Bad Urach
Vortragstitel: "Modellierung von Metallschäumen auf der Mesoebene"

19.-22.09.2006, Hohenwart
Vortragstitel: "Metallschäume"

13.-16.09.2005, Kloster Schöntal
Vortragstitel: "Simulationsmethoden auf verschiedenen Skalen"