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Correlation between microstructural and macroscopic mechanical properties of polyurethane foams

Greß, Alexander und Griem, Lars und Feser, Thomas und Altschuh, Patrick und Koeppe, Arnd und Beeh, Elmar und Siefkes, Tjark und Nestler, Britta (2022) Correlation between microstructural and macroscopic mechanical properties of polyurethane foams. 7th International Conference on Cellular Materials, 2022-10-12 - 2022-10-14, Dresden.

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Kurzfassung

Mechanical properties of structural foams are largely influenced by the manufacturing process. Depending on the manufacturing process, the foam type (e.g. open-pored/closed-pored), density and the foam orientation are defined. However, these quantities only define the global structural properties. Due to the inhomogeneous process, no adequate statement can yet be made about the real microstructure. However, if a mechanical load is applied, the generated inhomogeneous stress field depends on the actual microstructure, which is characterized by specific values such as pore distribution, mean pore size, spatial gradients in the pore size distribution, pore arrangement and geometry of cell walls. This can lead to local differences in mechanical properties due to irregularities generated by the foaming process. The objective of the current research is linking the above-mentioned microstructural properties and the resulting macroscopic mechanical material behavior of structural foams by using artificial intelligence (AI) based digital methods. Therefore, polyurethane (PU)-foams of varying densities are analyzed to create a suitable database. For each of the investigated foam densities, the dependency of the microstructure and the mechanical properties according to the sampling position are investigated. First, the mechanical properties of tension and compression load are experimentally determined in parallel and perpendicular spatial direction as well as for varying positions along the foaming directions. The microstructure properties of the real PU-foams are determined using computer tomography scans. Afterwards, the microstructures are reconstructed using computer algorithms developed with the microstructure simulation package Pace3D in order to generate digital twins. Applying various data science methods and micromechanics simulations, the morphological characteristics and the mechanical properties of the digital microstructures are determined. The results from experiments and computational methods are compared and correlations between the mechanical tests and the microstructure analyses are derived. In forthcoming research, this correlation of microstructure and mechanical behavior will be explained and predicted using AI-based methods.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/189476/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Correlation between microstructural and macroscopic mechanical properties of polyurethane foams
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Greß, AlexanderAlexander.Gress (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Griem, LarsKarlsruhe Institute of Technology (KIT)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Feser, ThomasThomas.Feser (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4741-5361NICHT SPEZIFIZIERT
Altschuh, PatrickUniversity of Applied Sciences Karlsruhe - Institute of Digital Materials ScienceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koeppe, ArndKarlsruhe Institute of Technology (KIT)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beeh, ElmarElmar.Beeh (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1857-1330NICHT SPEZIFIZIERT
Siefkes, TjarkTjark.Siefkes (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nestler, BrittaInstitute for Applied Materials - Computational Materials Science (IAM-CMS), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2022
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:mechanical properties, machine learning, structure-property-linkage, foam, polyurethan, microstructure
Veranstaltungstitel:7th International Conference on Cellular Materials
Veranstaltungsort:Dresden
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 Oktober 2022
Veranstaltungsende:14 Oktober 2022
Veranstalter :DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Fahrzeugkonzepte > Werkstoff- und Verfahrensanwendungen Gesamtfahrzeug
Hinterlegt von: Greß, Alexander
Hinterlegt am:09 Nov 2022 15:42
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:50

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