Einige industrielle Anwendungen für Nano-Composites bei mechanischer und umweltbedingter Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilfried Becker
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446630013

Die Hauptidee in dem erbetenen Projekt soll darin bestehen, bisherige Untersuchungen an Graphen innerhalb einer Nano-Composite-Konfiguration mittels einer zweidimensionalen Variationsmethode für analytische Spannungsfunktionen auf den Fall hygrothermaler Belastungen zu erweitern. Die Ergebnisse sollen erlauben, den Einfluss der entsprechenden umweltbedingten Belastungen auf das Interface-Verhalten zu beurteilen. Es sollen einige anschauliche numerische Beispiele dargestellt und diskutiert werden sowie Parameterstudien durchgeführt werden.Die Forschungsziele lassen sich wie folgt zusammenfassen:Entwicklung des 2-dimensionalen Elastizitätsproblems für ein repräsentatives Volumenelement einer Nano-Composite-Konfiguration unter thermischer, feuchtebedingter und mechanischer Belastung. Aus dem Variationsprinzip vom Minimum der Komplementärenergie Herleitung einer gewöhnlichen Differentialgleichung 4. Ordnung für die axiale Spannung der Graphen-Konstituenten und Darstellung aller Spannungen als daraus sekundär resultierende Ergebnisse. Weiter wird sich die eventuell zu erwartende Interface-Delamination vorhersagen und diskutieren lassen, und zwar unter Berücksichtigung der thermalen und mechanischen Belastung.Geplante Vorgehensweise:- Unter geeigneten idealisierenden Annahmen werden sich alle auftretenden Spannungen (axial, Schub und transversal) in der zu untersuchenden Nano-Struktur unter hygrothermomechanischer Belastung auf eine einzelne Spannungsfunktion zurückführen lassen. Das Variationsprinzip vom Minimum der Komplementärenergie wird auf eine gewöhnliche Differentialgleichung 4. Ordnung für die Spannungsfunktion führen. Das entsprechende Randwertproblem wird gelöst werden, womit sich dann alle Spannungen ermitteln und diskutieren lassen.- Die entwickelte Lösungsmethode soll auf einige Nano-Konfigurationen, textile Nano-Composites sowie Zement-Nano-Composites angewendet werden, um das Auftreten eventueller Interface-Delaminationen vorhersagen zu können.- Schließlich sollen detaillierte Studien möglichen Interface-Versagens durchgeführt und dokumentiert werden. Insbesondere werden sich über Parameterstudien die Einflüsse geometrischer Gegebenheiten sowie der Belastungsart auf die Größe der Delaminationen aufklären lassen. In dieser Hinsicht werden auch Hilfestellungen von der Gastgeberseite her wertvoll und relevant sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Bulgarien
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Jordanka Ivanova; Professorin Dr. Elisaveta Kirilova; Professorin Dr. Tatyana Petrova