Multiskaliges Design und Charakterisierung robuster, leichter, perforierter schalenbasierter Zellstrukturen

Dieses Projekt zielt darauf ab, eine neue Klasse mechanischer Metamaterialien – perforierte Shellulars – zu entwickeln und zu validieren, die eine leichtgewichtige Architektur mit erhöhter mechanischer Widerstandsfähigkeit kombinieren.

Die Forschung wird im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und der McGill University in Montreal, Kanada, durchgeführt.

Spezifische Ziele:

• Geometrisches Design mittels konformer Abbildung: Entwicklung einer Methode zur Abbildung zweidimensionaler Perforationsmuster (z. B. kreisförmig und wabenförmig) auf dreidimensionale Shellular-Oberflächen (z. B. Schwarz-P-Strukturen), um ein programmierbares mechanisches Verhalten zu ermöglichen.
• Multiskalige Simulation und mechanische Vorhersage: Durchführung nichtlinearer Finite-Elemente-Simulationen sowie Homogenisierungsanalysen zur Vorhersage zentraler mechanischer Eigenschaften wie Widerstandsfähigkeit, Energieabsorption und multiaxialem Antwortverhalten. Diese Simulationen werden durch experimentelle Untersuchungen validiert.
• Herstellung und experimentelle Validierung: Fertigung der entworfenen Shellulars mittels fortschrittlicher 3D-Druckverfahren (DLP und SLS) sowie Durchführung mechanischer Prüfungen unter quasistatischer und stoßartiger Belastung zur Leistungsbewertung und Modellvalidierung.