Projekte
Development of Mechanical Programmable Materials
Projektbeschreibung
Das Verhalten programmierbarer Materialien lässt sich über Logikelemente beschreiben, und durch eine gezielte Einstellung ihrer Mikro- und Mesostruktur erzeugen.
So kann man mehrere makroskopische Eigenschaften (zum Beispiel positive und negative Querkontraktion oder unterschiedliche Steifigkeiten) in ein Material implementieren und es zwischen den einzelnen Zuständen schalten. In meiner Arbeit befasse ich mich mit der Entwicklung und numerischen Beschreibung dieser Materialien.
Projektergebnisse
In meiner Dissertation beschäftige ich mich mit dem Design und der Kategorisierung von programmierbaren Materialien, von einzelnen Zellen bis hin zu größeren Arrays mit individuellem Verhalten. Ausgehend von einer Wabenzelle mit einstellbaren Winkeln haben wir Anordnungen geschaffen, die ihre Form unter bestimmten Belastungen ändern. Durch Hinzufügen eines Anschlagelements haben wir eine Einheitszelle mit variabler Steifigkeit entwickelt, bei der sich die Form als Reaktion auf eine externe Belastung ändert. Außerdem haben wir eine neuartige Einheitszelle entwickelt, die zwischen positiven und negativen Poissonzahlen wechselt und so ein gezieltes Morphing durch das Material mit Hilfe eines Steifigkeitsgradienten ermöglicht. Die Miura-Ori-Zelle, die aus dem Origami bekannt ist, wurde verwendet, um dreidimensionale Strukturen mit einstellbaren Poisson-Verhältnissen zu schaffen, die eine präzise Verformungskontrolle ermöglichen. Schließlich haben wir eine Einheitszelle mit temperaturabhängiger Bistabilität entwickelt, die zwischen permanenter Formveränderung und elastischer Erholung wechseln kann. Darüber hinaus können verformte Materialien bei Erwärmung wieder ihre ursprüngliche Form annehmen.
Erstbetreuer und Dissertation
Prof. Dr. Chris Eberl
Franziska Wenz hat ihre Dissertation in Juni 2024 erfolgreich verteidigt.
Dissertation: Design of programmable shape morphing metamaterials