AG Werkstoffe und Mechanik

Gruppenleitung

Gruppenleiterin "Werkstoffe & Mechanik"
Hybride Werkstoffe
Dr.-Ing. Andreas Monden
stellv. Gruppenleiter "Werkstoffe & Mechanik"
Mechanical Engineering

Forschung

Hybrider faserverstärkter Kunststoff. © Universität Augsburg

Ein ressourcenschonender, nachhaltiger Materialeinsatz erfordert neue Strukturwerkstoffe, die zielgerichtet an eine Anforderung angepasst werden können. Dafür bieten sich vor allem hybride Werkstoffsysteme an, die durch eine Kombination mehrerer Werkstoffe die Einstellung eines optimierten und an die gegebenen Anforderungen angepasstes Eigenschaftsspektrum ermöglichen. Die Entwicklung und der Einsatz neuartiger hybrider Materialkombinationen steht dabei auch immer im engen Zusammenhang mit Ressourceneffizienz. Es ist entscheidend, dass nicht nur neue, energieeffiziente Herstellungsverfahren entwickelt werden, sondern dass durch eine zuverlässige Vorhersage der Material- und Struktureigenschaften ein gezielter Werkstoffeinsatz ermöglicht wird. Weiterhin rückt das Thema Recycling immer mehr in den Vordergrund, sodass besonders thermoplastbasierte Faserverbundstrukturen, aktivierbare Grenzflächen sowie selbstverstärkte Kunststoffe und Biopolymere einen vielversprechenden Ansatz bieten.Um hybride Werkstoffsysteme zielgerichtet einsetzen zu können ist das Verständnis der Eigenschaften moderner Strukturwerkstoffe unabdingbar. Insbesondere Verbundwerkstoffe und hybride Werkstoffverbunde führen durch die Kombination unterschiedlicher

Materialien und der damit verbundenen, teils auch makroskopischen, Inhomogenität und anisotropen Eigenschaften zu besonderen Herausforderungen bei der experimentellen Charakterisierung sowie bei der Modellierung von Material- und Struktureigenschaften.  

Die Arbeitsgruppe Werkstoffe und Mechanik beschäftigt sich daher vor allem mit der Methodenentwicklung zur Charakterisierung hybrider Werkstoffsysteme sowie der Neu- und Weiterentwicklung mehrskaliger Modellierungsansätze.

 

Methodenentwicklung zur experimentellen Charakterisierung hybrider Werkstoffsysteme

Im Fokus der Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe „Werkstoffe und Mechanik“ steht einerseits die werkstoffkundliche Charakterisierung von Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden für den Leichtbau mittels zerstörender und zerstörungsfreier Methoden. Besondere Bedeutung kommt der Untersuchung von Prozess-Eigenschaftsbeziehungen sowie des Zusammenhangs von Mikrostruktur und (makroskopischen) mechanischen Eigenschaften zu. Neben faserverstärkten Polymeren werden dabei auch Verbundwerkstoffe mit metallischer Matrix und intrinsisch gefertigte hybride Werkstoffsysteme, insbesondere Faser-Metall-Laminate, berücksichtigt.  Das Portfolio der eingesetzten Verfahren umfasst einerseits unterschiedliche Skalen (Probenmaßstab sowie Struktur- und Bauteilebene) und basiert auf der Abbildung verschiedener Lastprofile (quasi-statisch, dynamisch und

zyklisch). Begleitet wird die Werkstoffprüfung mit optischer, lokal auflösbarer Kennwertermittlung mittels digitaler Bildkorrelation.

 

Da für die Charakterisierung von hybriden Werkstoffverbunden bisher meist keine standardisierten Verfahren zur Verfügung stehen, zielt die Forschungstätigkeit besonders auf die Anpassung bestehender Charakterisierungsmethoden sowie die Methodenentwicklung  ab. Es werden Verfahren und Methoden entwickelt, um unter anderem Grenzflächeneigenschaften zu untersuchen und Lebensdauerbetrachtungen durchzuführen. In diesem Zusammenhang werden besonders komplexe Beanspruchungen, die auf einer Kombination von mechanischen, thermischen und chemischen Lasten basieren, berücksichtigt.

 

Druckprüfung (links) und Dehnungsfeld ermittelt mit digitaler Bildkorrelation (rechts). © Universität Augsburg
Rasterelektronenmikroskopie (oben) und computertomografische Aufnahme (unten) eines geschädigten Faserverbundwerkstoff (unten). © Universität Augsburg
Beschreibung des Schädigungsverhaltens hybrider Werkstoffsysteme

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt stellt die Untersuchung des Versagensverhalten und der Schädigungsevolution von Verbundwerkstoffen und hybriden Werkstoffverbunden dar. Entscheidend ist hierbei vor allem die Integration von in-situ Prüfverfahren, wie z.B. der Schallemission, der Rasterelektronenmikroskopie oder der Computertomographie, um mechanische Belastung und Schädigungsentwicklung zeitgleich zu untersuchen. Die post-mortale Untersuchung geschädigter Strukturen vervollständigt  die Analyse auftretender Versagensmechanismen.

Neuartige Ansätze im Bereich der Materialmodellierung

Abgerundet werden die Forschungstätigkeiten durch die Anpassung und Entwicklung von mehrskaligen Modellierungsansätzen zur Abbildung der mechanischen Material- und Struktureigenschaften von Verbundwerkstoffen und hybriden Werkstoffverbunden. Zusätzlich werden zerstörende und zerstörungsfreie Prüfverfahren numerisch dargestellt, um Charakterisierungsmethoden und -strategien zu validieren und weiterzuentwickeln.

Finite-Elemente Modell. © Universität Augsburg

Team

Wissenschaftliche Mitarbeiter/innen

Doktorandin
Hybride Werkstoffe
Doktorand
Hybride Werkstoffe
Marco Korkisch M.Sc.
Doktorand
Mechanical Engineering
Ilnur Nagaev M.Sc.
Doktorand
Mechanical Engineering
Nora Schorer M.Sc.
Doktorandin
Mechanical Engineering
Florian Thum M.Sc.
Doktorand
Mechanical Engineering
Philipp Potstada M.Sc.
Doktorand
Mechanical Engineering
Michael Thor M.Eng.
Doktorand (extern)
Mechanical Engineering
Natascha Dosoudil M.Sc.
Doktorandin (extern)
Mechanical Engineering

Laufende Forschungsprojekte

Informationen zu unseren laufenden Forschungsprojekten finden Sie hier.

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