Numerical homogenization strategies for cellular materials with applications in structural mechanics

Abstract

In dieser Arbeit werden numerische Homogenisierungsverfahren entwickelt, um das komplexe Verhalten zellulärer Materialien zu modellieren, wobei die räumliche Diskretisierung durch Finite-Element-Methoden höherer Ordnung erfolgt. In den Beispielen werden Anisotropie und Maßstabseffekte an künstlichen Schaumstrukturen in 2D untersucht und verifiziert. In 3D werden CT-Scans realer Schäume in numerische Modelle überführt, die erfolgreich verifiziert und validiert werden, wobei ein Schwerpunkt auf Sandwichplatten liegt.

In this thesis numerical homogenization strategies are developed which allow for capturing the complex behavior of cellular materials whereby the spatial discretization is based on higher-order finite element methods. In the examples anisotropy and size effects within two-dimensional foam-like structures are investigated and verified. In three dimensions CT-scans of real-world foams are transformed into numerical models which are successfully verified and validated, whereby a major focus lies on sandwich plates.