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

Simulation von Ledereigenschaften mit FISFT

AIF-Projekt - Simulation der Eigenschaften von Leder

CT-Aufnahme Leder
© Foto ITWM

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.

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 Ledersitzfläche 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 entwerfen und deren mechanisches Verhalten numerisch zu beurteilen.

 

Forschungsziel: 3D-FEM-Strukturmodell

Das Forschungsziel des Projektes ist Erstellung eines 3D-FEM-Strukturmodells für den Werkstoff Leder, das  realistische Belastungsvorhersagen ermöglicht. Dafür wurde im Projekt aus den CT-Aufnahmen segmentierte Faserbündelstruktur mit Kugelketten mit Kontakt- und Verzweigungsstellen für eine nachfolgende mechanische Simulation approximiert. Das ermöglicht, das Ledermaterialverhalten anhand von CT- und REM-Bildern und Kallogenfaserbündel-Eigenschaften vorherzusagen.

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder
© Foto Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen FILK

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder
© Foto Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen FILK

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder
© Foto Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen FILK

Rasterelektronenmikroskopie (REM) von Leder

Visualisierung Demo-Videos