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 ZHAW und der McGill University, CA, durchgeführt.

Eckdaten

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Beschreibung

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.