Mesoskopische Modellierung des reaktiven Ionentransports in teilgesättigten porösen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Jänicke
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566769353

Das vorgeschlagene Projekt hat es zum Ziel, die Modellierung reaktiver Transportphänomene in teilgesättigten porösen Materialien durch die Kombination von numerischen Modellen und In-situ-Röntgen-Computertomografie-Experimenten voranzutreiben. Reaktiver Transport durch poröse Medien betrifft ein breites Spektrum von technisch relevanten Materialien wie Batteriekomponenten, Boden oder Gestein. Während es das Hauptziel der Antragsteller ist, die Grenzen der numerischen und experimentellen Charakterisierung solcher komplexen Materialien im Allgemeinen zu erweitern, dienen in diesem Projekt zementhaltige Materialien als eine Beispielklasse für reaktive poröser Materialien. Zur Untersuchung der vielfältigen elektro-chemo-mechanischen Wechselwirkungen in Zementmörtel sollen in diesem Projekt In-situ-3D-Bildgebung sowie kontinuumsmechanische Modellierungs- und Simulationsverfahren zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Die spezifischen Projektziele sind: 1. Weiterentwicklung der vorhandenen In-Situ-Testzelle für Röntgentomographie. 2. Entwicklung eines multiphysikalischen Modellierungsansatzes, der die relevanten elektro-chemo-mechanischen Wechselwirkungen einbezieht. 3. Entwicklung der benötigten Simulationsalgorithmen mittels der Finite Elemente Methode und deren Integration in das Open-Source-FE-Paket Ferrite.jl. Dazu sollen die folgenden Szenarien untersucht werden: 1. Capillary Suction mit chemo-mechanischen Wechselwirkungen in ungerissenem Mörtel. 2. Capillary Suction mit chemo-mechanischen Wechselwirkungen in Mörtel unter Einbeziehung von Rissen. 3. Elektrisch beschleunigter Ionentransport in (gerissenem) Mörtel. 4. Korrosionsinduzierte Rissinitiierung und -fortschritt (2. Förderperiode). Durch die enge Verzahnung zeitaufgelöster In-situ-Experimente zur 3D Bildgebung mit kontinuumsmechanischen Modellierungs- und Simulationsansätzen leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag, um das Verständnis der vielfältigen multiphysikalischen Prozesse in dieser technologisch hochrelevanten Materialklasse zu vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Karin Lundgren