Projektbeschreibung
3D-Druckdesignoptimierung für Metamaterialien im kleinen Maßstab
Das Fachgebiet der Metamaterialien umfasst den Entwurf komplizierter technischer Verbundstoffteile, die Eigenschaften aufweisen können, die man bei in der Natur vorkommenden Materialien nicht findet. Dank der Technologie der additiven Fertigung können noch viel mehr Metamaterialformen und -muster in immer kleinerem Maßstab erstellt werden. Um das Potenzial der additiven Fertigung vollständig zu nutzen und schadenstolerante Metamaterialien zu produzieren, werden fortschrittliche experimentelle und numerische Methoden auf mehreren Skalen benötigt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MOAMMM wird eine datengesteuerte Methodik für (mikro-) strukturelle Eigenschaften entwickelt, die den Entwurf optimierter gedruckter Stoßdämpfer erleichtern wird. Zu den geplanten Anwendungen zählen Stoßdämpfer, die entweder unter Ermüdung leiden (wie zum Beispiel in den Sohlen von Sportschuhen) oder während ihres Ausfalls die maximale Energie ableiten (wie zum Beispiel bei Fahrradhelmen).
Ziel
The emergence of metamaterials has opened a new paradigm in designing engineering parts in which the design of full structural parts can be optimised together with the metamaterial they are locally composed of. Moreover, additional morphing at local and global scales may support their adaptation to variable loading conditions and shifted user needs. As polymeric materials can fulfill simultaneously structural mechanical and functional requirements, the combination of this design paradigm with additive manufacturing can support/generate novel applications. However, many challenges are left in order for this change of paradigm to become a reality:
• To improve metamaterial design and fabrication technique to produce damage tolerant metamaterials
• Robust and efficient concurrent multiscale techniques should be developed as part of a multiscale optimisation problem.
• Because micro-structure and material properties suffer from uncertainties affecting structural responses, techniques for uncertainty quantification should be developed for this multiscale design problem.
These challenges can only be addressed by considering experimental and numerical multi-scale methods. However, current existing approaches are limited in several aspects because on the one hand of the difficulty in representing the micro-structure and characterising micro-scale constituent materials, and on the other hand in the computational cost inherent to these approaches. The overall objective of this project is to develop a data-driven methodology relying on a structural properties-micro-structure linkage and able to design optimised shock-absorption devices based on bi-stable metamaterials and printable using additive manufacturing. Targeted applications are user-optimised shock absorber devices which either potentially suffer from fatigue such as in the case of sport shoe soles or which should dissipate the maximum energy during their failure such as in the bicycle helmets.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
4000 Liege
Belgien