Analyse und Modellierung von
Mikro- und Nanostrukturen

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM

Die Mikrostruktur moderner Werkstoffe bestimmt maßgeblich deren makroskopische Materialeigenschaften. Wir entwickeln Algorithmen zur Charakterisierung und stochastischen Modellierung solcher Mikrostrukturen anhand dreidimensionaler Bilddaten. Unsere Produkte dienen dem tieferen Verständnis der räumlichen Geometrie und der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Werkstoffen und eröffnen so neue Möglichkeiten wie Optimierung von Materialeigenschaften durch virtuelles Materialdesign.

Neben unseren Software-Produkten der MAVI-Familie bieten wir Ihnen als Serviceleistung:

Quantitative geometrische Analyse der Mikro- oder Nanostruktur mit MAVI, Ergebnisse sind z.B.:

  • Volumenanteil, Porosität, spezifische Oberfläche oder Konnektivität von Komponenten
  • Faserlängendichte, Faserorientierungsverteilung
  • Größen- und -formverteilung von Zellen bzw. Partikeln
  • lokale Porosität, lokale Strukturdicke

Aufnahme von 3D-Bildern:

  • Mikrocomputertomografie im Haus
  • Mit Partnern: Phasenkontrast CT, konfokale Laserscanningmikroskopie, Elektronentomografie, FIB-Tomografie

Stochastische Geometriemodelle

Geometrische Modellierung von Mikro- und Nanostrukturen

  • Anpassung stochastischer Geometriemodelle
  • Rekonstruktion von Materialien
  • Virtuelles Materialdesign, Materialsimulation
Weitere Informationen zur Modellierung von Mikrostrukturen

Ausgehend von 3D oder 2D Bildaufnahmen werden makroskopisch homogene aber mikroskopisch heterogene Materialien modelliert.

Zuerst wird ein passendes Modell gewählt. Dann werden mit Hilfe der 3D Bildanalyse geometrische Charakteristiken wie Porosität und Oberflächendichte bestimmt. Daraus werden die Modellparameter berechnet.

In simulierten Realisierungen des Modells können Materialeigenschaften wie relative Permeabilität oder Schallabsorption berechnet werden.

Die Benutzung eines Modells

  • ist die einzige Möglichkeit, wenn 3D Bilder nicht verfügbar sind
  • erlaubt Berechnungen in einer großen Zahl von Realisierungen. So kann der räumlichen Variabilität des Materials Rechnung getragen werden
  • macht virtuelle Experimente möglich: Test der Effekte kleiner Änderungen der Geometrie, ohne das Material tatsächlich zu erzeugen

Die Basis sind Modelle aus der stochastischen Geometrie wie Boolesche Modelle, Geradenprozesse und Mosaike. Der makroskopischen Homogenität wird dadurch entsprochen, dass nur stationäre Modelle verwendet werden. D.h. es spielt keine Rolle, an welcher Stelle die Probe entnommen wurde.

Wir bieten zusätzlich

  • Probenpräparation (mit Partnern)
  • Erläuterung der Analyseergebnisse vor Ort
  • STL-Datensatz als Input für Ihre FEM-Simulation
  • Hochwertige Visualisierung, Film
  • 3D-Druck Ihrer Struktur
  • Modellierung der Struktur
  • Simulation von Materialeigenschaften im Modell
  • Optimierung der Struktur

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