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Partikelschäume zeichnen sich aus durch eine einzigartige Kombination von geringer Dichte, hoher mechanischer Energieabsorption bei Druckbelastung, großer Gestaltungsfreiheit in der Formgebung sowie geringen Herstellungskosten. Sie sind damit für vielfältige Einsatzgebiete prädestiniert, zu denen derzeit u.a. Sportschuhe und sicherheitsrelevante Interieur-Bauteile von Fahrzeugen gehören. Durch Auswahl der Verarbeitungsparameter beim Schäumen können die Eigenschaften der Zellstruktur und damit das Verhalten der Formteile gezielt an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Nach aktuellem Stand der Forschung bestehen jedoch signifikante Unsicherheiten bezüglich der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Partikelschäumen. So sind zwar Berechnungsmethoden verfügbar, die zur Vorhersage des makroskopischen Werkstoffverhaltens bei beliebigen multiaxialen Belastungszuständen geeignet sind, jedoch werden dabei substantielle Vereinfachungen zugrunde gelegt, wie etwa die Vernachlässigung lokaler Spannungs- und Verzerrungsmaxima auf der Mesoebene des Schaums. So kommt es bei globaler Druckbelastung innerhalb der Zellstruktur lokal zu Biegung, Beulen oder Zugversagen. Das mechanische Verhalten wird zudem maßgeblich durch das eingeschlossene Zellgas und dessen Kompression beeinflusst. Werden die Formteile schwingend über einen längeren Zeitraum belastet, kommt es nach empirischen Erkenntnissen zu einem zyklischen Kriechen des Formteils. Sowohl die Interaktion zwischen Zellgas und Zellstruktur als auch die Phänomenologie des zyklischen Kriechens sind bisher nicht hinreichend aufgeklärt. Im Fokus des Vorhabens steht die experimentelle und numerische Untersuchung des mechanischen Verhaltens von Partikelschäumen unter quasi-statischer sowie zyklischer Belastung im Druckbereich. Mit Hilfe eines im Vorhaben zu entwickelnden Prüfstandes zur Durchführung von umgebungsdruckabhängigen Stauchungsversuchen sowie der Anwendung röntgentomografischer Analysen sollen die Wechselwirkungen zwischen Zellgas, Zellstruktur und Grundpolymer einerseits und den zeitabhängigen mechanischen Eigenschaften des Partikelschaums andererseits analysiert werden. Im Mittelpunkt stehen dabei die viskoelastischen Eigenschaften und das Kriechverhalten des Partikelschaums sowie die globalen und lokalen Spannungs-Stauchungs-Verläufe bei wiederholter Be- und Entlastung. Die Analyse der Zellmorphologie bildet die Grundlage für die numerische Simulation der Partikelschäume, wobei zunächst einzelne Be- und Entlastungsschritte unter Berücksichtigung der Zellstruktur, des Zellgases und der Viskoelastizität simuliert werden. Hierdurch sollen insbesondere inelastische Effekte und Instabilitäten auf lokaler Ebene detektiert und deren Auswirkung auf das globale Verhalten identifiziert werden. Die Arbeiten schaffen damit wichtige Grundlagen für ein verbessertes Materialverständnis, das für eine ressourceneffizientere und verlässlichere Auslegung von langzeitbeanspruchten Partikelschaumstrukturen notwendig ist.
Bead foams with their hierarchical geometrical structure are a challenge in statistical reconstruction and finite element modelling. For the purpose of providing fundamental micro- and meso-structural descriptors of expanded polypropylene bead foams of different density, 3D-images from X-ray computed tomography (CT) are acquired. The data provided comprise reconstructed volume data as well as segmented data of three specimens of different density. Coarse scans of the specimen volume, definitions of certain regions of interests (ROI) as well as high resolution scans of the ROIs are included.