Forschungskolloquium: Vortrag von Sören Bieler von der Universität Siegen zu additiv gefertigten Materialien und Strukturen unter statischer und dynamischer Belastung
Im Rahmen des Forschungskolloquiums für Abschlussarbeitende, Doktoranden und Habilitanden laden wir Sie und Euch herzlich ein am Dienstag, den 28.04.2026 um 16:30 Uhr in Raum 3516 (Mönchebergstr. 7). Wir freuen uns, Herrn Sören Bieler, M.Sc. vom Lehrstuhl für Festkörpermechanik von der Universität Siegen als Gastvortragenden begrüßen zu dürfen. Der Vortragstitel lautet:
„Additiv gefertigte Materialien und Strukturen unter statischer und dynamischer Belastung“
Wirfreuen uns auf Ihr und Euer Kommen.
Zusammenfassung
Die Untersuchung des Materialverhaltens ist ein grundlegender Aspekt der Forschung in Wissenschaft und Technik, da sie direkten Einfluss auf die Konstruktion, Leistung und Zuverlässigkeit von Bauteilen in einer Vielzahl von Anwendungen hat. Für die meisten Anwendungen werden quasi-statische Tests gemäß den einschlägigen Normen durchgeführt, um Materialdaten zu ermitteln. Da technische Konstruktionen wie Gebäude, Brücken usw. als zeitlich unveränderlich gelten, reichen statische Materialparameter aus, um die Stabilität solcher Konstruktionen zu berechnen. Unter wechselnden Belastungsbedingungen, insbesondere unter dynamischen Belastungen mit hohen Dehnungsraten, können Materialien im Vergleich zu denen, die unter quasi-statischen Bedingungen beobachtet werden, ein deutlich unterschiedliches mechanische Materialverhalten aufzeigen. Diese Diskrepanz stellt eine Herausforderung für die genaue Modellierung und Vorhersage von Bauteilen in bestimmten Szenarien dar, wie z. B. bei Autounfällen, ballistischen Einschlägen oder Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Daher ist ein tieferes Verständnis des mechanischen Verhaltens von Materialien unter dynamischer Belastung für die Entwicklung robusterer und effizienterer Strukturen unerlässlich. In diesem Zusammenhang spielen experimentelle Methoden und numerische Simulationen eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung und Vorhersage des Materialverhaltens unter solchen extremen Bedingungen. Der Split Hopkinson Pressure Bar ist eine wichtige Versuchsapparatur zur Bestimmung des Materialverhaltens unter hohen Dehnungsraten.
Die Additive Fertigung hat sich mit den Jahren stetig weiterentwickelt und wird heute nicht mehr nur zur Prototypenerstellung sondern auch bereits in Serienproduktionen eingesetzt. Der Komplexität von Strukturen und Bauteilen sind mit der additiven Fertigung kaum Grenzen gesetzt – sie erlaubt Konstruktionen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer oder nicht realisierbar wäre.
Unter quasistatischen Belastungen, aber auch im Besonderen durch Beanspruchungen infolge schlagartiger Krafteinwirkung, spielt die Energieabsorption in vielen Anwendungsszenarien eine zentrale Rolle. Hierzu eigenen sich unter Anderem Materialien, die durch entsprechende Verformung eine gute Energieabsorption ermöglichen. Gitterstrukturen weisen bei einem verhältnismäßig geringem Materialaufwand dämpfende Eigenschaften auf, die bei geeigneter Werkstoffauswahl auch für mehrfache Belastungen ausgelegt sind und somit nachhaltige energieabsorbierende Strukturen darstellen. Für die Betrachtung energieabsorbierender Strukturen unter quasi-statischer Belastung werden Proben aus härterem acryl-ähnlichem Material getestet. Für schlagartige Belastungen, sind weichere Materialien, wie z. B. TPU-ähnliches Harz, besser geeignet. Diese können sich im Gegensatz zu harten, spröden Polymeren auch bei schlagartigen Ereignissen noch verformen ohne zu versagen.
Für beide Belastungsarten werden acht verschiedene Strukturtypen hinsichtlich ihrer spezifischen Energieabsorptionseigenschaften verglichen. Dabei werden verschiedene Parameter der Strukturen berücksichtigt, wie beispielsweise die Anzahl der Streben innerhalb der Struktur oder deren Oberflächenwerte. Bei der Auslegung der einzelnen Strukturtypen lassen sich gleiche relative Dichten für alle Strukturen realisieren, um einen geeigneten Vergleich zwischen den einzelnen Geometrien zuzulassen.
Ziel der Untersuchung ist es, die starken Unterschiede von statischer und dynamischer Belastung für additiv gefertigte Proben aus unterschiedlichen Materialien zu ermitteln. Anhand der gewonnenen Resultate können erste Simulationen für solche Testbedingen erstellt werden und mit den Experimenten verglichen werden.