Gewichtsreduktion und mechanische Optimierung durch gezieltes Einbringen hohler deformierbarer Einschlüsse

Leichtbau birgt enormes Potenzial zur Einsparung von Ressourcen, etwa durch geringeren Kraftstoffverbrauch im Fahr- und Flugzeugbau. Insbesondere kann zum Beispiel die mechanische Belastbarkeit von leichten aber weicheren Materialien wie Kunststoffen durch Integration fester Fasern erhöht werden. Wir untersuchen die Wirkung mechanisch fester, aber hohler Einschlüsse. Dadurch lässt sich Gewicht einsparen unter gleichzeitiger Erhöhung der mechanischen Steifigkeit und Festigkeit. Häufig deformieren sich solche Einschlüsse dennoch zu einem gewissen Grad. Einerseits erarbeiten wir entsprechende Berechnungsmethoden und theoretisch-analytische Beschreibungen der resultierenden Wechselwirkungen zwischen den Einschlüssen und dem umgebenden weichen Material. Andererseits entwickeln wir numerische Simulationsverfahren, um möglichst vorteilhafte räumliche Anordnungen der Einschlüsse zu finden, wodurch das Materialverhalten optimiert wird. Dahinter steckt auf längere Sicht die Idee, Wege zu charakterisieren, über welche ohne große bauliche Anpassungen, das heißt ohne wesentliches Neudesign, Gewichtseinsparungen möglich werden, bei gleichzeitiger Erhaltung der mechanischen Belastbarkeit und gegebenenfalls bei späterer weiterer Funktionalisierung.