Neue Wege in der Materialforschung Arbeitsbereich für Materialtechnologie

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1 Neue Wege in der Materialforschung Arbeitsbereich für Materialtechnologie Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Roman Lackner Materialtechnologie Innsbruck (MTI) Universität Innsbruck

2 Roman Lackner Bauingenieurstudium: TU Wien Doktoratsstudium: TU Wien ( Adaptive numerische Berechnung von Stahlbetontragwerken ) Habilitation: TU Wien ( Thermochemomechanik von Beton ) Laborleitung: TU Wien , (Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen) Auslandsaufenthalt: MIT Professor für Computational Mechanics: TUM Professor für Materialtechnologie: Universität Innsbruck seit

3 Methodik Experiment Modellbildung Simulation Mikroebene Mesoebene Makroebene Ziel: Prognose des Strukturverhaltens, 3

4 , aber das Materialverhalten ist eine Funktion der Zusammensetzung und des Materialaufbaus und diese sind wiederum eine Funktion der Zeit 4

5 Methodik Beispiel: Beton unter Feuerlast Experiment Modellbildung Simulation Mikroebene Mesoebene Makroebene 5

6 Methodik Beispiel: Beton unter Feuerlast Experiment Modellbildung Simulation Mikroebene Identifikation der zu Grunde liegenden chemischen und physikalischen Prozesse Mesoebene Bestimmung der effektiven Materialeigenschaften als Eingangsgrößen für die Strukturberechnung Makroebene Validiertes Berechnungs-Tool für die Strukturanalyse 6

7 Mehrskalenmodellierung Methodik Beispiel: Beton unter Feuerlast Experiment Modellbildung Simulation Mikroebene Identifikation der zu Grunde liegenden chemischen und physikalischen Prozesse Mesoebene Bestimmung der effektiven Materialeigenschaften als Eingangsgrößen für die Strukturberechnung Makroebene Validiertes Berechnungs-Tool für die Strukturanalyse 7

8 Identifikationsexperimente Validierungsexperimente Mehrskalenmodellierung Beziehung der makroskopischen (effektiven) Materialeigenschaften auf die Materialzusammensetzung und Materialaufbau Homogenisierung Nanoebene Mikroebene Mesoebene Macroebene Effektive Materialeigenschaften als Eingangsgrößen für die Struktursimulation 8

9 Belastung NanoLab der Universität Innsbruck Nanoindentation Kraft-/Weggesteuerte Penetration der Materialoberfläche finanzielle Unterstützung seitens CDG, Rektorat der Universität Innsbruck, Standortagentur Tirol Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften Penetration 9

10 NanoLab der Universität Innsbruck Quanta 3D Dual Beam Fokusierter Ionenstrahl mit Elektronenmikroskop finanzielle Unterstützung seitens CDG, Fakultät für Bauingenieurwissenschaften Charakterisierung des Porenraums 10

11 Zement- und Betontechnologie (Christian-Doppler Labor) Laufzeit: Industriepartner: Schretter & Cie (Zementherstellung) Doka (Schalungen) Fibre-C (Fertigteile) Riml Saxer Rainer Weisheit Pichler Unterberger Maier 11 Baumgärtner

12 Mehrskalenmodell für Beton Hydratebene Hydrate Klinkerphasen Poröses Hydrat air water Zementsteinebene Mörtelebene Makroebene aggregate Mechanische Eigenschaften 12

13 Optimierte Dämmstoffe (FFG Research Studio) Laufzeit: Industriepartner: Senftenbacher Ziegelwerke Compac Foam Dullinger Kalk Traxl Wikete Metzler N.N. Energieeffizientes Bauen 13

14 Mehrskalenmodell für Dämmstoff Schaumebene: Partikelebene: Thermische Eigenschaften 14

15 Innovative Wood Protection (Standortagentur Tirol K-Regio) Laufzeit: Paulini Lun Industriepartner: Adler-Lacke Binderholz Softwarefirma Pfennig Pfennig Chemie N.N. Holzbau 15

16 Temperatur Entwicklung von Holzbeschichtungen Simulations-Tool: Tiefe [m] Verbesserung der Brandbeständigkeit 16

17 Vision Modellbasierter Zusammenhang zwischen Materialeigenschaften und Materialzusammensetzung/-aufbau realitätsnahe Prognose der Dauerhaftigkeit von Werkstoffen und Strukturen Ermittlung der Sensibilität von Materialeigenschaften hinsichtlich ungewollter Schwankungen in der Herstellung anwendungsorientierte Optimierung der Materialeigenschaften Materialien im Bereich der Werkstoff- und Medizintechnik 17

18 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! mti.uibk.ac.at 18