Strukturaufklärung und Simulation mechanischer Eigenschaften von Leder als Grundlage für deren gezielte Beeinflussung während Herstellung und Verarbeitung

Das Projekt wird mit der Abteilung »Bildverarbeitung« und dem Institut für Leder und Kunststoffbahnen durchgeführt.

Produkte aus dem Werkstoff Leder sind im praktischen Gebrauch vielfältigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Im konkreten Einsatzfall Leder-Sitzfläche im Auto oder auf Polstermöbel mit Lederbezug treten mehrere typische Belastungen auf wie z. B. Flächendruck, Wölbdehnung und Verschleiß durch Reibung. In den Nähten besteht das Problem der erforderlichen Nahtfestigkeit gegen das Ausreißen des Fadens.

Da Leder ein veredeltes Naturprodukt ist, weist es gegenüber Kunststoffen und Textilien viel ungleichmäßigere Materialeigenschaften auf.
Unter den Bedingungen der industriellen Massenfertigung auch in der Lederverarbeitung ergibt sich aber immer mehr die Notwendigkeit, mit Leder bezogene Auto- und Möbelsitze am Computer zu ent-werfen und deren mechanisches Verhalten numerisch zu beurteilen.

Das Forschungsziel des Projektes ist Erstellung eines 3D-FEM-Strukturmodells für den Werkstoff Leder, das  realistische Belastungsvorhersagen ermöglicht und als Basis eines später zu entwickelnden materialspezifischen CAD-Moduls dienen soll.

Dabei liegt der Fokus auf mit typischen Verfahren hergestelltem Rindsleder.
Die bisherigen CT-Aufnahmen weisen darauf hin, dass das Ledermaterial aus vielen Faserbündeln besteht, deren Orientierung (Anisortropiegrad) sich entlang der Schichtdicke sehr variiert. Wir haben einen Baumstrukturgenerator speziell für Erzeugung von baumartigen Lederstrukturen entwickelt.

 

Der Generator verwendet als Input die aus den CT-s ermittelten statistischen Größen, solche wie Volumenanteil von Fibrilfasermaterial in einem repräsentativen Volumen aus der Lederschicht, Variation der Dicke jeder weiteren Zweigschicht, Variation der begrenzten Anzahl von Zweigen an jeder Zweigstelle, nach oben wachsende Verzweigöffnungswinkel etc.

 

 

Im nächsten Schritt werden wir uns mit der Entwicklung von Baumwurzeln beschäftigen, die als stochastisch gewebtes Material dargestellt werden.

 

 

 

 

Sobald eine komplette Baumstruktur fertig ist, werden erste rein elastische Simulationen auf der Struktur gestartet und danach sollen die existierenden Programme auf viskoelastische Faserbündel-Materialverhalten erweitert werden.