Analyse und Modellierung der Mikrostruktur von Materialien

MAVI (Modular Algorithms for Volume Images) ist eine Bildverarbeitungs- und Bildanalysesoftware zur Charakterisierung der Geometrie von Mikrostrukturen, wie z. B. faserverstärkten Kunststoffen und Schäumen. Generell eignet sich MAVI zur Charakterisierung aller Materialien anhand von Volumendaten, die einer quantitativen Gefügeanalyse sonst nicht zugänglich sind.

Die Version 1.4 enthält neue Module zur lokalen Analyse und Bestimmung der Faserrichtungsverteilung aus 3D-Bildern. Auf Basis detaillierter, realistischer Faser-Matrix-Strukturen werden mit effizienten numerischen Verfahren Eigenschaften des Verbundwerkstoffs bestimmt. Das makroskopische Stoffgesetz zur Beschreibung des anisotropen, viskoelastischen Verhaltens des Verbundmaterials lässt sich direkt aus der lokalen Faser-Matrix-Mikrostruktur berechnen. Der damit hergestellte Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften wird zur Materialoptimierung eingesetzt.

Das Fraunhofer ITWM verfügt über einen eigenen Computertomographen (CT), der zur zerstörungsfreien Untersuchung verschiedenster Materialien geeignet ist. Proben mit einem Durchmesser bis 70 mm und einer Höhe bis 70 mm können mit diesem System aufgenommen werden, wobei eine Auflösung von 1 bis 70 µm möglich ist. Zur Charakterisierung unterschiedlicher Materialien wie Schäume, Fasermaterialien, Verbundwerkstoffe, Keramik und Beton bietet das Fraunhofer ITWM Serviceanalysen an. Die Proben werden dabei mit dem hausinternen CT-Gerät aufgenommen und anschließend mit der MAVI-Software ausgewertet. Als Ergebnis stehen topographische Aufnahmen, Visualisierungen und ein Bericht zur Verfügung.

Die Kernkompetenzen des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM bilden die klassischen Disziplinen der angewandten Mathematik, wie Numerik, Differenzialgleichungen, Stochastik und Optimierung, wovon die Entwicklung der MAVI-Software in hohem Maße profitiert.

Farbliche Darstellung der lokalen Faserrichtung eines faserverstärkten Werkstoffes
© Fraunhofer ITWM

Farbliche Darstellung der lokalen Faserrichtung eines faserverstärkten Werkstoffes

Screenshot des Moduls zur Faserrichtungsanalyse in MAVI 1.4
© Fraunhofer ITWM

Screenshot des Moduls zur Faserrichtungsanalyse in MAVI 1.4: Berechnung der globalen und lokalen Faservorzugsrichtung, Orientierungstensoren und weitere Kenngrößen des Fasernetzwerkes.