Datenbasierte skalenüberbrückende Simulation strukturierter magnetorheologischer Elastomere
Teilprojektbeschreibung
Das Ziel dieses Teilprojekts ist die Untersuchung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von strukturierten magnetorheologischen Elastomeren (MRE), bei denen die Partikel in der Polymermatrix anisotrop angeordnet sind. Diese Strukturen entstehen durch externe Magnetfelder während der Herstellung.
In Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten werden relevante physikalische Prozesse von der Herstellung bis zum Endmaterial theoretisch und experimentell analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen fachdidaktisch für den Unterricht aufbereitet und durch Outreach-Aktivitäten der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.
Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung modell- und datenbasierter Methoden für skalenübergreifende Simulationen von MRE. Numerische Homogenisierungsmethoden werden eingesetzt, um von den Konstituenteigenschaften und der Mikrostruktur auf das makroskopische Materialverhalten zu schließen. Computertomografie-Daten realer Mikrostrukturen werden statistisch ausgewertet, um statistisch äquivalente Volumenelemente (SVE) mit reduzierter Partikelanzahl zu konstruieren. Diese Homogenisierung reduziert den Rechenaufwand und ermöglicht die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Prozessparametern und den magnetomechanischen Eigenschaften.
Ein makroskopisches Materialmodell für MRE wird auf Basis von Physics-Augmented Neural Networks formuliert, die Vorteile von klassischen Materialmodellen mit der Flexibilität von künstlichen neuronalen Netzen vereinen. Dies ermöglicht die Analyse des Verhaltens von Proben und Aktoren unter verschiedenen Belastungen. Ziel ist ein tiefes Verständnis des Mikro-Makroskala-Wechselspiels. Perspektivisch werden automatisierte Frameworks für das autonome Materialdesign und die Erweiterung der Modelle um dynamische Effekte entwickelt.
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