In diesem Arbeitsgebiet werden hauptsächlich drei Fragestellungen behandelt. Die erste beinhaltet die numerische Berechnung mikroskopischen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und effektiver Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen oder porösen ­Materialien. Dazu werden Homogenisierungsverfah­ren eingesetzt, die unter Berücksichti­gung der Mikrostruktur sowie der unterschiedlichen Materialgesetze die ­Berechnung von mittleren ­elastischen, viskoelastischen und plastischen Materialeigenschaften sowie von freier Temperatur-Verzerrung, freier Schwel­lung oder freiem Schwund ermöglichen. Die zweite Fragestellung betrifft Kontaktprobleme mit mikrorauen Oberflächen, die ebenfalls mit Homogenisie­rungsmethoden behandelt werden können. Schließlich werden im ­dritten Fragekomplex zeitliche Prozesse für Verbundbauteile betrachtet, deren Makrofestigkeit und Lebensdauer unter Ermüdung, Kriechen, schlagartiger Belas­tung und Verschleiß untersucht werden.

Homogenisierungstechniken werden angewandt, wenn der Verbundwerkstoff stark differierende ­Größenskalen aufweist. Eine direkte Berechnung von Eigenschaften und Effekten auf der Makroskala ist in diesem Fall wegen des enormen Aufwands zur Berücksichtigung der Mikrostruktur kaum möglich. Bei der hier verwendeten Homogenisierungstechnik wird das Gesamtproblem asymptotisch bezüglich des Längenverhältnisses der Mikro- zur Makroskala entwickelt. Dies führt im Limes auf ein äquivalentes homogenes Problem, dass nur noch mittlere, effektive Eigenschaften enthält. Die Lösung dieses homogenisierten Problems stellt dann eine Approximation der exakten Lösung dar.

Gegenüber anderen einfacheren Mittelungsverfahren wie selbstkonsistente Methoden nach Hashin und Eshelby, die nur auf spezielle Geometrie­typen angewandt werden können, haben asymptotische Homogenisierungstechniken den wesentlichen Vorteil, auf beliebige Mikrostrukturen und viele verschiedene Materialgesetze anwendbar zu sein.



Kompetenzen:

• Homogenisierungsverfahren für Verbundwerkstoffe
• Modellierung von konstitutiven Gesetzen für viskoelastische und elastoplastische Materialien
• mechanische Kontaktprobleme
• Lebensdaueranalyse
• FE basierte Algorithmen und Simulationen

Homogenisierung für die Potenzform der Elasto-Plastizität

Multiskalige Simulation für die Planung von zementfreien Knieprothesen

Erarbeitung einer Berechnungsgrundlage und Werkstoffmodellierung gefüllter duroplastischer Formmassen unter Berücksichtigung von Reaktionsumsatz und Temperatur

Vorhersage und Bewertung des klinischen Verhaltens von zementfreien Hüftprothesen

Zahnfüllstoff