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Dezember 2024
eBook (PDF)
Jannik Bühring
Effektive Steifigkeiten und das Stabilitätsverhalten von Gitterstrukturen
Die Natur ist eine unerschöpfliche Quelle für innovative Ideen und Lösungsansätze im Bereich der Ingenieurwissenschaften. Bio-inspirierte Bauweisen finden ihre Grundlagen in sich über Jahrhunderte herausgebildeten und optimierten Strukturen der Natur. Die Übertragung dieser Prinzipien auf technische Anwendungen verspricht nicht nur eine verbesserte Leistungsfähigkeit technischer Lösungen, sondern auch einen schonenden Umgang mit Ressourcen. Ein Beispiel sind zelluläre Strukturen oder Werkstoffe, die sich üblicherweise durch eine hohe Porosität auszeichnen. Diese Strukturen besitzen in der Regel eine im Vergleich zu ihrem Grundwerkstoff geringe Dichte und sind somit naturgemäß prädestiniert für Leichtbauanwendungen. Ein Beispiel für solche Strukturen stellen Gitterstrukturen dar. Mithilfe von Homogenisierungsstrategien wird die Beschreibung des strukturmechanischen Verhaltens von Gitterstrukturen für die Berechnung und Auslegung zugänglich. Um effektive Eigenschaften zu bestimmen, ist es notwendig, die Struktur auf wesentliche Größen zu reduzieren.
In der Literatur existieren zwar Ansätze, mit denen sich die mechanischen Eigenschaften beschreiben lassen, allerdings sind diese Modelle nur von unzureichender Genauigkeit oder verlangen umfangreiche empirische Untersuchungen. Weiterhin existieren bislang keine Ansätze, die das Stabilitätsverhalten von Gitterstrukturen beschreiben. Ziel dieser Arbeit ist die Schließung dieser Lücken, wodurch eine methodische Grundlage für die Vorauslegung von Gitterstrukturen geschaffen wird. Den Kern der entwickelten Methode bildet dabei die Reduktion der mechanischen Eigenschaften auf die charakterisierenden Parameter der Einheitszelle, womit die effektiven Eigenschaften und das Stabilitätsverhalten auf Verbundebene bestimmt werden können.
In der Literatur existieren zwar Ansätze, mit denen sich die mechanischen Eigenschaften beschreiben lassen, allerdings sind diese Modelle nur von unzureichender Genauigkeit oder verlangen umfangreiche empirische Untersuchungen. Weiterhin existieren bislang keine Ansätze, die das Stabilitätsverhalten von Gitterstrukturen beschreiben. Ziel dieser Arbeit ist die Schließung dieser Lücken, wodurch eine methodische Grundlage für die Vorauslegung von Gitterstrukturen geschaffen wird. Den Kern der entwickelten Methode bildet dabei die Reduktion der mechanischen Eigenschaften auf die charakterisierenden Parameter der Einheitszelle, womit die effektiven Eigenschaften und das Stabilitätsverhalten auf Verbundebene bestimmt werden können.
Schlagwörter: Gitterstrukturen; Leichtbau; Additive Fertigung
Aachener Berichte aus dem Leichtbau
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Kai-Uwe Schröder, Aachen
Band 2024,04
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Print-Version: 978-3-8440-9737-5
DOI 10.2370/9783844098372
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