Forschungsprojekte

Ermüdung

• Global-local thermomechanical analysis of fracture in polycrystalline silicon shells using a phase-field approach.

  Photovoltaik (PV)-Module, die mehrere polykristalline SiliziumSolarzellen (PSSC) enthalten, gehören zu den üblichsten und am weitesten verbreiteten Geräten für die Erzeugung von Solarenergie. Die Effizienz der Energieerzeugung nimmt jedoch während ihrer Lebensdauer ab, was in erster Linie mit der Rissbildung in den polykristallinen Siliziumwafern (PSW) zusammenhängt. Das Ziel dieses gemeinsamen Forschungsprojekts (ISD - Leibniz Universität Hannover, IAM - TU Braunschweig) ist es, die Gesamtsteifigkeit von polykristallinen Silizium-Solarzellen (PSSCs) aufgrund von Mikrorissen zu bewerten. PSSCs sind komplizierte Komponenten, die aus mehreren Materialien bestehen, und die Modellierung wird rechenintensiv. Daher wurden zur Ermittlung der effektiven Materialeigenschaften von PSSCs, einschließlich der Risse, Techniken zur Modellierungsreduzierung wie die numerische Homogenisierung eingesetzt. Die Risse sollen mit einem Phasenfeldansatz modelliert werden. Ein verbessertes Voronoi-Tessellierungsschema wurde eingesetzt, um polykristalline Patterns der PSW zu generieren, und ein Mean-Field-Homogenisierungsschema wurde angewendet, um die homogenisierte Reaktion der PSSCs zu bestimmen. Die Genauigkeit des Homogenisierungsschemas wurde verifiziert und die Materialreaktion der heterogenen und homogenen PSSCs wurde verglichen.

  Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes

  Team: M.Sc. Muzzamil Tariq, Dr.-Ing. Sven Scheffler

  Jahr: 2018

  Förderung: DFG, German Research Foundation

  Laufzeit: 01.08.2018 - 31.07.2021
• SE2A-Excellence Cluster sustainable and energy efficient aviation

  Das Konzept des Ansaugpaneels birgt zwar ein hohes Potenzial, die Nachhaltigkeit zukünftiger Flugzeuge zu erhöhen, bringt aber auch einige strukturmechanische Herausforderungen mit sich, die sorgfältig geprüft werden müssen. Da die dem Panel zugrundeliegende Backbone-Struktur die lasttragende Funktion des äußeren Tragflügels im Ansaugbereich übernimmt, wird der Spannungsfluss im Tragflügel erheblich gestört, was zu mehreren, potenziell kritischen Spannungskonzentrationen führt. Um eine ausreichende Robustheit des Saugflächenkonzepts in Bezug auf statische Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit zu gewährleisten, soll die Backbone-Struktur numerisch mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen analysiert werden. Mit fundierten Kenntnissen auf dem Gebiet der Kontinuumsschädigungsmechanik und der progressiven Ermüdungsanalyse wird das ISD hochgenaue Festigkeits- und Ermüdungsanalysen der Backbone-Struktur durchführen, um ausreichend robuste Designs der Backbone-Struktur zu identifizieren. Aus mechanischer Sicht ist bekannt, dass Dünnschichtlaminate (TP) im Vergleich zu herkömmlichen Laminaten eine bessere statische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweisen. Ein bewährtes Ermüdungsschadensmodell (FDM) wurde kalibriert und modifiziert, um den Einfluss der Schichtdicke bei statischer und zyklischer Belastung zu berücksichtigen.

  Leitung: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes

  Team: Muzzamil Tariq, M.Sc., Dr.-Ing. Sven Scheffler

  Jahr: 2019

  Förderung: DFG, German Research Foundation

  Laufzeit: 01.04.2019-31.12.2022