Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Lange Faserbündel, die sich in Netzwerke verzweigen und an vielen Stellen verwoben sind – so sieht die Mikrostruktur von Leder aus. Makroskopisch gesehen, ist Leder ein anisotropes Material. Zum Einsatz kommt es in Autositzen, Möbeln oder Kleidung. Im vorgestellten Projekt – gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) – dreht sich alles um Vorhersage der Ledereigenschaften.
Die Eigenschaften von Leder hängen von der Anordnung der Faserbündel, ihrer Dicke, Länge und ihren Eigenschaften ab. Da Leder ein Naturprodukt ist, weist es gegenüber Kunststoffen und Textilien viel ungleichmäßigere Materialeigenschaften auf. Unter den Bedingungen der industriellen Massenfertigung ergibt sich die Notwendigkeit, die Produkte am Computer zu entwerfen und das Verhalten vorab zu beurteilen. Gemeinsam mit der Abteilung »Bildverarbeitung« und dem Forschungsinstitut für Leder- und Kunststoffbahnen FILK simulieren wir das Verhalten mittels Modellierungs- und Homogenisierungsmethoden auf Grundlage von Mikro-CT-Bildern der Struktur und der gemessenen viskoelastischen Eigenschaften der Faserbündel.
Mikroskopische Simulationen mit TexMath
Die CT-Aufnahmen weisen darauf hin, dass das Leder aus vielen Faserbündeln besteht, deren Orientierung entlang der Schichtdicke variiert. Anhand der gemessenen Eigenschaften der Faserbündel simulieren wir das Verhalten der Struktur mithilfe unserer Software TexMath. Es ermöglicht die Berechnung von großen Fasersystemen für große Verformungen mit gleichzeitigem Kontaktgleiten an Millionen von Knotenpunkten. Dabei berücksichtigt TexMath den Einfluss der Gleitreibung in Faserbündelknoten auf das Lederverhalten.
