Statische und dynamische Beanspruchung elastischer, plastischer und viskoser Granulate

• Antragsteller: Dr.-Ing. Peter Müller, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265879638

Mittels einaxialer Druck- und Fallversuche werden Granulate mit ideal elastischen bis viskoelastischen und viskoplastischen Materialeigenschaften experimentell untersucht. Die entsprechenden Kraft-Weg-Kurven bzw. der Aufprall- und Rückprallvorgang werden detailliert aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Die aus den Druckversuchen erhaltenen Kraft-Weg-Kurven werden mit geeigneten Modellen aus der Literatur evaluiert, woraus das von der Beanspruchungsgeschwindigkeit abhängige viskose Materialverhalten, die Mikrofließspannung, die Steifigkeit und weitere mechanische Materialeigenschaften ermittelt werden. Die Bruchwahrscheinlichkeit und die Festigkeit der Granulate werden anhand von Verteilungsfunktionen erfasst und die Mechanismen der Schädigungsprozesse beschrieben. Zudem werden der Einfluss des Bindemittels sowie zyklischer Be- und Entfeuchtung auf die Mikrofließeigenschaften und die Makrobruchwahrscheinlichkeit untersucht und des Weiteren der Einfluss der weggesteuerten Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die mikromechanischen Eigenschaften herausgearbeitet. Aus den aufgezeichneten Digitalbildern der Stoßvorgänge einzelner Granulate können deren Aufprall- und Rückprallgeschwindigkeiten ermittelt werden, woraus die Stoßzahl zu bestimmen ist. Hier sind ebenfalls die Einflüsse dünner Flüssigkeits- und Partikelschichten auf den Stoßvorgang zu untersuchen. Erwartet wird eine Fertigstellung der beschriebenen experimentellen Aufgaben innerhalb der ersten Förderperiode (24 Monate), wodurch eine fundierte Grundlage geschaffen wird, auf der aufbauend die in der zweiten Förderperiode (12 Monate) zu erfolgenden numerischen Simulationen ansetzen. Die numerischen Simulationen werden mittels der Diskreten Elemente Methode in drei Dimensionen (PFC3D) durchgeführt. Als Resultat des Projekts ist ein bedeutender Fortschritt bezüglich der industriellen Handhabung und Reduzierung unerwünschter Deformations- und Bruchvorgänge von Granulaten zu erwarten. Durch die Abschätzung maximaler spezifischer Energieeinträge und der Einführung eines qualitativen Standards für Designerprodukte profitieren sowohl die Agrar- und Nahrungsmittelindustrie als auch die pharmazeutische Industrie deutlich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Tomas, bis 2/2016 (†)