Multiskale Simulation der makroskopischen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen am Beispiel des Dehnungs- und Relaxationsverhaltens von Leder

AUFGABENSTELLUNG

Leder ist ein begehrter nachwachsender Werkstoff, der vor allem in der Fertigung hochpreisiger Gebrauchsgüter Verwendung findet. Die natürlich gewachsene Lederstruktur bedingt eine materialinhärente Varianz und ausgeprägte Anisotropie der physikalischen Eigenschaften. Damit das Material den Beanspruchungen im Gebrauch adaptiert werden kann, ist eine fundierte Charakterisierung von Leder unerlässlich. Die gesamtheitliche Erfassung aller strukturbedingten physikalisch-mechanischen Materialeigenschaften ist mittels standardisierter Prüfverfahren nicht möglich, da diese eine Zerstörung des Untersuchungsmaterials implizieren. Aus der industriellen Massenfertigung ergibt sich zudem die Notwendigkeit, Bauteile am Computer zu entwerfen und deren physikalisch-mechanisches Verhalten vorab numerisch zu beurteilen. Jedoch sind Softwarelösungen für das Flächenmaterial Leder derzeit nicht verfügbar.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Unter Applikation einer neuartigen, röntgentomografischen Methodik zur ortsaufgelösten, strukturanalytischen Lederuntersuchung, sollen relevante Strukturparameter extrahiert und anschließend unter Verwendung eines realistischen Lederstrukturmodells die makroskopischen Eigenschaften von Leder in multiskaligen Simulationsanwendungen bestimmt werden. Auf Basis parametrisierter Strukturdatensätze sollen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen abgeleitet und in die Entwicklung eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Quantifizierung der physikalischen Ledereigenschaften mittels multiskaliger Simulationsoperationen implementiert werden. Ziel ist die fundierte Vorhersage typischen Materialverhaltens ganzer Lederhäute.

NUTZEN | AUSBLICK

Die Ergebnisse ermöglichen Wettbewerbsvorteile für die mittelständisch geprägte lederherstellende und lederverarbeitende Industrie in Deutschland durch Verringerung der Entwicklungs- und Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil resultiert gleichzeitig aus der Verbesserung der Eigenschaften der Endprodukte und der daraus folgenden Verringerung der Reklamationsrate.