Modellierung und Simulation der hydrodynamischen Eigenschaften von Schutz-und Filtertextilien unter Berücksichtigung gebrauchsnaher Beanspruchungen zur Vorhersage der Barriere- und Permeabilitätseigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Dr. Stefan Rief
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255549700

Zahlreiche technische Anwendungen erfordern textile Strukturen, die definierte Durchlässigkeits- und Retentionseigenschaften kombinieren. Mono- oder Multifilamentgewebe besitzen gegenüber Membranen und Vliesstoffen den Vorteil, dass sie große Kräfte übertragen können, so dass sie neben der Barriere- auch eine Stütz- und Haltefunktion übernehmen. Die Anforderungen sind z. T. gegenläufig, so dass die Auswahl eines Filtermittels eine hochkomplexe Fragestellung darstellt, bei dem die Anwendungsanforderungen und die Filtermitteleigenschaften ausgewogen berücksichtigt werden müssen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die realitätsnahe Simulation der Permeabilitäts- und Barriereeigenschaften von Schutz- und Filtertextilien unter gebrauchsnahen Beanspruchungen, um allgemeingültige Gesetzmäßigkeiten ableiten zu können und um Gewebe mit bestimmten Eigenschaften gezielt entwickeln zu können. Dabei werden die folgenden wissenschaftlichen Zielstellungen verfolgt:- Charakterisierung der Gewebemorphologie und Gewebeeigenschaften zur Erfassung der grundlegenden Zusammenhänge zwischen den Maschinen-, Prozessparametern und der Gewebekonstruktion sowie den Gewebeeigenschaften, - Aufstellung eines allgemeingültigen Modells auf Basis eines künstlichen neuronalen Netzes zur Vorhersage der Gewebemorphologie und Hydrodynamik (Permeabilität, Partikelretention) in Abhängigkeit von den Maschinen- und Prozessparametern,- Verständnis für die skalenübergreifenden Morphologieänderungen der Gewebe auf Mikro-, Meso- und Makroebene unter Berücksichtigung der Gebrauchsbelastung in der Ebene und Entwicklung einer Methodik zur in-situ Erfassung der Porengeometrie im ein- und biaxialen Belastungszustand (Zug und Scherung) vor, während und nach statischer und zyklischer Belastung,- Numerische Modellierung, Simulation und Validierung der Porengeometrieänderungen auf Mikro- (Poren im Garn) und Mesoebene (Poren zwischen den Garnen) unter Belastung,- Modellierung und Simulation der mehrphasigen hydrodynamischen Eigenschaften (Permeabilität, Partikelretention) mittels CFD-Methode in Mikro- und Mesostruktur für unbelastete und belastete Gewebe,- Formulierung von Gesetzmäßigkeiten für den Zusammenhang zwischen den Maschinen- und Prozessparametern auf der einen Seite sowie den Materialparametern, der resultierenden Gewebemorphologie und den aus der Porenmorphologie resultierenden Gebrauchseigenschaften (z. B. Permeabilität, Retention bzw. Filtration) auf der anderen Seite.Am Ende des Forschungsprojektes soll es möglich sein, Gewebefilterstoffe simulationsgestützt mit erheblich reduziertem Aufwand entwickeln zu können. Außerdem sollen die validierten Modelle und die aufgestellten Simulationstools zu einem vertieften Verständnis der Grundlagen komplexer Retentionsmechanismen in Geweben mit verschiedenen funktionalen Anforderungen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen