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Influence of microstructure on the mechanical behavior of open-porous materials under large strains

Chandrasekaran, Rajesh und Itskov, Mikhail und Rege, Ameya Govind (2025) Influence of microstructure on the mechanical behavior of open-porous materials under large strains. International Journal of Solids and Structures, 319, Seite 113441. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2025.113441. ISSN 0020-7683.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768325002276

Kurzfassung

Open-porous materials are characterized by a complex morphology consisting of an interconnected solid network and voids. The mechanical performance of these materials is strongly governed by their underlying microstructure. This study presents a computational framework to investigate the structure–property relationships in open-porous materials by explicitly modeling the effects of pore-size distribution (PSD), solid fraction, and pore wall geometry. Microstructures with tunable PSDs are generated using Laguerre-Voronoi tessellation based on random closed packing of polydisperse spheres, allowing precise control over pore morphology. A finite element framework with the elastoplastic material model is used to study the macroscopic behavior under compressive loading. The model response is validated against experimental data from aerogel and foam materials. The study reveals that while the solid fraction alone governs the bulk elastic modulus and plastic collapse stress through well-established scaling laws, the PSD critically affects the post-yield behavior, including the plateau and densification regimes under large strains. This study highlights the importance of PSD beyond classical density-based models and provides a predictive design strategy to tailor open-porous materials to application-specific mechanical requirements.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221661/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of microstructure on the mechanical behavior of open-porous materials under large strains
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Chandrasekaran, RajeshRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Itskov, MikhailRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rege, Ameya GovindAmeya.Rege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9564-5482NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Mai 2025
Erschienen in:International Journal of Solids and Structures
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:319
DOI:10.1016/j.ijsolstr.2025.113441
Seitenbereich:Seite 113441
Verlag:Elsevier
ISSN:0020-7683
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Open-porous materials, Structure-property relation, Pore-size distribution, Porosity/solid fraction, Laguerre-Voronoi tessellation, Representative volume element, Finite element methods, Large deformation, Inelastic properties, Densification
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Rege, Dr. Ameya Govind
Hinterlegt am:08 Jan 2026 09:43
Letzte Änderung:08 Jan 2026 09:43

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