f\u00fcr die Anwendung insbesondere in den Bereichen Crashabsorber allgemein, Schutzsysteme und Elektromobili\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n
Zellul\u00e4re Materialien wie Metallsch\u00e4ume und mechanische Metamaterialien (auxetisch, chiral, pentamode, TPMS,\u2026) sind sogenannte mikroheterogene Materialien, bei denen die globalen mechanischen Eigenschaften eines Bauteils oder einer makroskopischen Materialprobe stark von der Mesostruktur (Poren- bzw.<\/abbr> Zellgeometrie und deren Gr\u00f6\u00dfe) sowie von der Mikrostruktur (Steggeometrie, Beschichtung etc.<\/abbr>) abh\u00e4ngen. Daher weisen diese Materialien eine starke Struktur-Eigenschaftskorrelations auf. Zur anwendungsspezifischen Optimierung der Materialien finden die experimentelle und numerische Charakterisierung sowie die Optimierung auf allen Skalen (Miko, Meso, Makro) statt.<\/p>\n\n\n\n Durch die kontinuierliche Zunahme der Anforderungen an moderne Strukturen in vielen Bereichen, wachsen auch die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. Um den zunehmend komplexeren Anspr\u00fcchen gerecht zu werden, m\u00fcssen diese f\u00fcr die entsprechende Anwendung optimiert werden und eine Vielzahl von Aufgaben erf\u00fcllen. Hierzu wird sich oftmals am Beispiel der Natur orientiert, welche f\u00fcr lasttragende Strukturen keine Vollmaterialien verwendet, sondern por\u00f6se und zellul\u00e4re Strukturen. Einige dieser Strukturen lassen sich unter dem Begriff auxetischer Materialien zusammenfassen. Diese sind \u00fcber eine negative Poissonzahl definiert was unter anderem zu einer h\u00f6heren Bruchz\u00e4higkeit, hohe volumenbezogene Energiedissipiation sowie einer geringen Dichte f\u00fchrt, was die Anwendung auxetischer Materialien im Ballistik- und Explosionsschutz, als Energieabsorber oder im Leichtbau erm\u00f6glicht. Da die meisten Werkstoffe in der Realit\u00e4t oft dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, ist die Charakterisierung des ratenabh\u00e4ngigen Deformationsverhaltens ein zentraler Bestandteil. Eine Methode dynamischer Materialcharakterisierung ist die Verwendung eines Fallturms. Dabei wird ein Gewicht von einer definierten H\u00f6he auf die Probe fallen gelassen, sodass die potenzielle Energie des \u201eImpaktors\u201c in kinetische Energie umgewandelt und auf die Probe \u00fcbertragen wird. \u00dcber Variation beispielsweise H\u00f6he und Gewicht k\u00f6nnen so unterschiedliche Dehnraten realisiert werden, um breiten Anwendungsbereich abzudecken. Untersucht wird dabei das dehnratenabh\u00e4ngige Deformationsverhalten sowohl in Experimenten als auch in Finite-Elemente-Simulationen. Ziel ist es, auxetische Strukturen f\u00fcr den Einsatz in realen Anwendungen zu charakterisieren und zu optimieren.<\/p>\n\n\n\n Bearbeitet von: Alexander Engel<\/a><\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n St\u00e4rker, leichter, multifunktional, rundum besser und f\u00fcr die Anwendung optimiert soll das Material der Zukunft sein. Additive Fertigung und Design- und Optimierungsm\u00f6glichkeiten am Computer, wie beispielsweise durch Finite Elemente Simulationen, machen viele Untersuchungen heutzutage erst m\u00f6glich. Speziell im Fall von mechanischen Metamaterialien, die sich durch ungew\u00f6hnliche mechanische Eigenschaften auszeichnen und deren Mikrostruktur ein hohes Potential zur Anpassung bietet, k\u00f6nnen Methoden der Strukturoptimierung effektiv angewendet werden. Ein begrenzender Faktor ist hier jedoch immer noch der Rechenaufwand f\u00fcr Simulationen der Mikrostruktur. Im Rahmen dieses Projekts wird Maschinelles Lernen, speziell neuronale Netze, eingesetzt um die Strukturoptimierung zu beschleunigen und auxetische als auch pentamode Strukturen f\u00fcr gezielte Anwendungsf\u00e4lle zu verbessern. Die fertigen Designs werden dann experimentell untersucht um die Ergebnisse von Simulation und Optimierung zu validieren. <\/p>\n\n\n\n Bearbeitet von: Stefan Bronder<\/a><\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n Das herausragende Merkmal von Selbstausbreitungsreaktionen ist die F\u00e4higkeit, Reaktionsw\u00e4rme auf einer zeitlichen und r\u00e4umlichen Skala freizusetzen, die es erm\u00f6glicht, die Reaktion nach einer lokalen Z\u00fcndung aufrechtzuerhalten und auszubreiten. Die Komponenten eines reaktiven Multilayers reagieren zu einer Legierung und k\u00f6nnen \u00e4hnlich wie bei einem intelligenten Schwei\u00dfverfahren zum Verbinden von Bauteilen verwendet werden. Da die Reaktion durch W\u00e4rme und Stofftransport gesteuert wird, spielt die Anordnung der reaktiven Multilayer eine entscheidende Rolle f\u00fcr ihre Eigenschaften. Bearbeitet von: Farshad Daneshpazhoonejad<\/a><\/p>\n\n\n\n F\u00f6rderkennzeichen:<\/strong> JU 2962\/9-1<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n Technische Universit\u00e4t Ilmenau<\/strong><\/p>\n\n\n\n K\u00fchlsysteme auf dem heutigen Stand der Technik basieren in der Regel auf der Kompression von Gasen. Der Ersatz dieser Gase durch Festk\u00f6rpersystemen bietet eine klimafreundliche Alternative ohne Treibhauspotential. Ein vielversprechendes Material f\u00fcr die Anwendung in einem elastokalorischen K\u00fchlsystem ist Nitinol, eine Formged\u00e4chtnislegierung bestehend aus Nickel und Titan. Das hohe Potential dieses Werkstoffes liegt in der hohen latenten W\u00e4rmemenge die infolge mechanischer Belastung freigegeben oder aufgenommen wird. Dadurch ist es m\u00f6glich gro\u00dfe \u00c4nderungen in der Umgebungstemperatur zu erzeugen. In Kombination mit der geringen mechanischen Arbeit, die zur Deformation verrichtet werden muss, kann ein \u00e4u\u00dferst effizientes und klimafreundliches K\u00fchlsystem entwickelt werden. Bearbeitet von: Michael Fries<\/a><\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n Professur Smarte Materialsysteme f\u00fcr innovative Produktion, Universit\u00e4t des Saarlandes, Saarbr\u00fccken<\/p>\n\n\n\n Lehrstuhl f\u00fcr Fertigungstechnik, Universit\u00e4t des Saarlandes, Saarbr\u00fccken<\/p>\n\n\n\n Das Projekt umfasst die elektrochemische Herstellung und experimentelle Charakterisierung von zellul\u00e4ren Hybridmaterialien mittels etablierter und weiterentwickelter Messmethoden, sowie die simulationsgest\u00fctzte Optimierung von Durchflussreaktoren mittels CFD (engl. computational fluid dynamics). Neben retikulierten Polyurethansch\u00e4umen ist es durch den gro\u00dfen Fortschritt im Bereich des hochaufl\u00f6senden 3D-Drucks sogar m\u00f6glich, komplexe offenpor\u00f6se Strukturen additiv zu fertigen und mittels des elektrochemischen Beschichtungsprozesses strukturell hinsichtlich der multifunktionalen Eigenschaften zu optimieren. Es werden neben der herk\u00f6mmlichen Gravimetrie und gro\u00dffl\u00e4chiger Beschichtungsmikroskopie auch ortsaufgel\u00f6ste Magnetisierungsprofile von zuvor remanent magnetisierten Hybridsch\u00e4umen ermittelt und mit einer geeigneten Korrelation zur semi-automatischen Analyse der Beschichtungsdickeverteilung genutzt. Die Erkenntnisse bzgl. der Einfl\u00fcsse verschiedener Depositionsparameter tragen ma\u00dfgeblich zur Optimierung der Beschichtungshomogenit\u00e4t bei. Innerhalb des Kooperationsprojektes mit der Universit\u00e4t des Saarlandes, Saarbr\u00fccken dienen die hier experimentell ermittelten Struktureigenschaften gekoppelt mit der Beschichtungsqualit\u00e4t des resultierenden Hybridschaums als Grundlage f\u00fcr die makroskopische Modellierung und Simulation des Abscheideprozesses.<\/p>\n\n\n\n Bearbeitet von: Francesco Kunz<\/a><\/p>\n\n\n K\u00fcnstliche Intelligenz findet heutzutage in allen Bereichen unseres Lebens Anwendung. Auch in der Materialforschung sind Methoden des maschinellen Lernens unerl\u00e4sslich geworden, da sie viele H\u00fcrden herk\u00f6mmlicher Forschungsmethoden \u00fcberwinden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n Simulationsans\u00e4tze reduzierten bisher den experimentellen Aufwand, aber auch diese k\u00f6nnen bei der Untersuchung komplexer Strukturen sehr zeitaufw\u00e4ndig werden. Basierend auf simulierten Daten wird im Rahmen dieses Projekts ein Ansatz verfolgt, mechanische Eigenschaften von Metamaterialien, in erster Linie TPMS, mit Hilfe von maschinellem Lernen vorherzusagen. Die trainierten Modelle werden anschlie\u00dfend zur Strukturoptimierung im Hinblick auf diverse Charakteristiken, wie z.B.<\/abbr> die spezifische Energieabsorption, verwendet.<\/p>\n\n\n\n Im Fokus stehen dabei Schichtverbunde von TPMS-Strukturen, sowie TPMS-Strukturen, deren Geometrie sich \u00fcber das Volumen \u00e4ndert.<\/p>\n\n\n\n Bearbeitet von: Sergej Grednev<\/a><\/p>\n\n\n Das Forschungsprojekt zur umfasst die Herstellung, die mikrostrukturelle Analyse und die (mikro-)Mechanische Beschreibung von Deformationsmechanismen offenporiger Metallsch\u00e4umen unter quasi-statischen, moderaten und hohen Impakt Geschwindigkeiten.<\/p>\n\n\n\n Dazu werden zun\u00e4chst unterschiedliche Werkstoffe (Al-, Ni\/PU-, Ni\/Al) \u00fcber eine galvanische Beschichtung auf eine stochastische offenporige Ger\u00fcststruktur appliziert und anschlie\u00dfend hinsichtlich der spezifischen Energieabsorption analysiert. Die Deformationsmechanismen und resultierenden mechanischen Eigenschaften werden im Folgenden Abschnitt des Projektes auf der makroskopischen Ebene an einem Ni\/PU-Modellsystem sowohl unter moderaten bzw.<\/abbr> hohen Impakt Geschwindigkeiten \u00fcber Fallturm- und SHPB-Experimente charakterisiert. Dabei fokussiert sich die Forschung haupts\u00e4chlich auf massenabh\u00e4ngige Tr\u00e4gheitseffekte und die Skalierbarkeit des Werkstoffsystems \u00fcber den Laborma\u00dfstab hinaus. Die letzte Phase des Projektes umfasst schlie\u00dflich die Deformationsmechanismen auf der mesoskopischen Ebene einzelner Poren. Ziel ist es Mikrotr\u00e4gheitseffekte in Abh\u00e4ngigkeit der Porengeometrie und variierender Vorlast zu analysieren und auftretende Dehnrateneffekte mit der makroskopischen Bauteilebene zu korrelieren.<\/p>\n\n\n\n Bearbeitet von: Markus Felten<\/a><\/p>\n\n\n Spezielle designte Materialien f\u00fcr spezifische Anwendungen? Wunschdenken oder bald schon Wirklichkeit? Zellul\u00e4re Metamaterialien k\u00f6nnen dabei eine wichtige Rolle spielen. Dabei handelt es sich um verschiedene K\u00fcnstliche Strukturen, die beispielsweise besondere mechanische Eigenschaften aufweisen. Beispiele dieser Strukturen sind: TPMS (engl.: triply periodic minimal surface, dreifach periodische Minimalfl\u00e4chen), Pentamode und Auxetische Strukturen. Die Eigenschaften sind im Wesentlichen von dem Grundmaterial, der relativen Dichte, der Morphologie (Gr\u00f6\u00dfe und Form der Poren, offene oder geschlossene Zellstruktur) sowie der Topographie (regelm\u00e4\u00dfige oder unregelm\u00e4\u00dfige Porenverteilung) abh\u00e4ngig. Eine Sonderform sind die zellul\u00e4ren hybrid Metamaterialien. Dabei kann ein Template (aus Polymer oder Metall) mittels elektrochemischer Abscheidung beschichtete werden. Durch die additive Fertigung lassen sich so viele Freiheitsgrade in der Struktur erzielen. Aber auch durch die elektrochemische Abscheidung lassen sich verschiedene Parameter, wie ein Gradient in der Beschichtungsdicke oder ein Materialgradient, der beispielsweise aus einem harten Metall (Ni) und einem weichen Metall (Cu) bestehen kann, einstellen.<\/p>\n\n\n\n Durch den Einsatz von Gradienten innerhalb der Strukturen, beispielsweise durch eine \u00c4nderung der relativen Dichte, des Materials oder der Struktur sollen besondere Eigenschaften f\u00fcr spezifische, technische Anwendungen erreicht werden. Ziel dieses Projektes ist, verschiedene Gradienten in die Strukturen einzubringen und deren mechanische Eigenschaften mittels Simulationen und Experimenten zu evaluieren.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/09\/foam-unit2.gif\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\nSchaum<\/h3>\n<\/div>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/09\/auxetic-unit2.gif\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\nAuxetisch<\/h3>\n<\/div>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/09\/tpms-unit2.gif\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\nTPMS<\/h3>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
\n\n\n\nFallturmuntersuchung<\/h3>\n\n\n
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<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nOptimiertes Design<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/09\/project-brondr-kachel-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nReaktive Materialien<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/farshad-kachel-2-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n\nOptimierter Herstellungsprozess<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/Kunz_Kachel_Homepage-300x131.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nSmarte K\u00fchlsysteme<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/freis_projektbild-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nTPMSandwich<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/2023_10_12_Grednev_Projektbild_v2-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n\nDehnraten Effekte<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/HSU_Projektbild_MFe_fertig-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nKonzipierte Metamaterialien<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/Projekt_Homepage_Lindner-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nHybridmaterialanbindung<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/MicrosoftTeams-image-5-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n\nVorhersage Sch\u00e4digungszustand<\/h3>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/kachel-kose-300x130.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n
\n\n\n\nDynamische Charakterisierung modifizierter auxetischer Strukturen durch
Verwendung eines Fallturms <\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/03\/Alex-projekt.png\")
<\/figure>
\n\n\n\nStrukturoptimiertes Materialdesign mit Machine Learning<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/03\/optimisation_scheme-670x1024.png\")
<\/figure>
\n\n\n\nSkalierungs- und \u00dcbertragungseffekt in reaktiven Materialien<\/h2>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/projekt-danesh-1024x304.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
Ziel dieses Projektes ist die Erforschung grundlegender Regeln und Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten zur Steuerung bzw.<\/abbr> Verlangsamung des Reaktionsverlaufs und der Phasenbildung durch zwei- und dreidimensionale Strukturierung der reaktiven Mehrschichtsysteme aus Nickel und Aluminium. Dabei soll der Einfluss der lateralen Abmessungen, der r\u00e4umlichen Anordnung und der geometrischen Form der strukturierten Elemente der reaktiven Mehrschichtsysteme auf das Z\u00fcndverhalten, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront und die Phasenbildung untersucht werden.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/dfg_logo_schriftzug_blau_foerderung_4c-300x85.gif\"){kind=logo}
<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\nProjektpartner<\/h3>\n\n\n\n
\n
\n\n\n\nSimulation einer offenporigen Struktur mit verbesserten Erm\u00fcdungseigenschaften zur Anwendung in der Elastokalorik<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/03\/fries-projektbild.png\")
<\/figure>
Ziel des Projektes ist die Eruierung einer f\u00fcr die zuvor erl\u00e4uterte Anwendung geeigneten Struktur. Der Prozess beginnt mit einer FE-Simulation verschiedener, in Frage kommender Strukturen.
Darauf aufbauend, werden die gefundenen 3D-Modelle durch selektives Laserschwei\u00dfen zu realen Bauteilen gefertigt. Mit diesen additiv gefertigten Proben wird das Materialmodell f\u00fcr die Simulation optimiert und das Ergebnis der Strukturstudie evaluiert.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/eulogo-1-300x86.jpg\")
<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/saarland-logo-300x121.jpg\"){kind=logo}
<\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n\nProjektpartner<\/h3>\n\n\n\n
\n\n\n\nOptimierung des elektrochemischen Herstellungsprozesses offenporiger Ni\/PU-Hybridschaumstrukturen<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/Kunz_Bild_Homepage.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
\n\n\n\nKI-Gest\u00fctzte Optimierung Mechanischer Metamaterial-Schichtverbunde<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/2023_10_12_Grednev_Bild_Projektbeschreibung-1024x407.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
\n\n\n\nExperimentellen Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von offenporigen Metallhybridsch\u00e4umen unter dynamischer Last<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/03\/Felten_Projekt.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
\n\n\n\nHerstellung und multiskalige Charakterisierung gradierter zellul\u00e4rer Metamaterialien<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/Homepage_Lindner.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/09\/Bild_Fries_2-1024x391.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.hsu-hh.de\/schutz\/wp-content\/uploads\/sites\/880\/2023\/10\/BMWi_Fz_2021_Web_Farbe_de.gif\")
<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n