Mehrskalige Simulation von synthetischem Filtermaterial im rotativen Verarbeitungsprozess

Abstract

Die vorliegende Arbeit erforscht simulativ das elastisch-plastische Verformungsverhalten von Polymerfaser-basierten Filtermedien im rotativen Verarbeitungsprozess. Die Berücksichtigung des anisotropen Materialverhaltens des Fasernetzwerks unter Zug, Druck und Schub ist hierbei essenziell. Eine 3D-Materialprüfungsreihe charakterisiert das Materialverhalten des porösen und faserigen Materials und dient dazu, erstmals das elastisch-plastische Verformungsverhalten von Filtermedien in allen drei Raumrichtungen und unter den Hauptlastfällen Zug, Druck und Schub umfassend zu untersuchen. Nach der Materialcharakterisierung wird ein robustes Mikrostruktursimulationsmodell entwickelt, das die Vorhersage des elastisch-plastischen Verhaltens von polymerbasierten Filtermedien ermöglicht. Besonderes Augenmerk liegt auf der Mikrostrukturanalyse und der Auswahl repräsentativer Volumenelemente. Das Modell wird anhand von Materialprüfungsergebnissen validiert. Die Mikrostruktursimulation liefert Erkenntnisse über die effektiven mechanischen Eigenschaften, die in einer Prozesssimulation des rotativen Verarbeitungsprozesses auf der Kontinuumsebene genutzt werden.