Compaction and mechanical properties of cohesive powders

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Untersucht werden soll das mechanische Verhalten feinkörniger kohäsiver Schüttgüter mit Partikelgrößen im Mikrometer- und Submikrometerbereich und Porositäten bis zu 90%, bei denen interpartikuläre Haftkräfte das Verhalten wesentlich beeinflussen. Die hohe Porosität deutet auf eine hierarchische Substruktur des Schüttguts hin, bei der die feinen Primärpartikeln zu größeren Aggregaten verklumpen, die ihrerseits wieder größere Cluster bilden können. Durch Konkurrenz der Haftkräfte mit der Erdanziehungskraft und anderen bei der Präparation des Schüttgutes auftretenden Kräften wird sich eine charakteristische Cluster- bzw. Porengröße einstellen, welche die Rolle einer Abschneidelänge für die hierarchische Substruktur spielt. Mit der Zweiaxialbox steht an der TU Braunschweig ein Schergerät für Schüttgüter zur Verfügung, mit dem der makroskopische Spannungs- und Deformationszustand gemessen werden kann. Sie erlaubt eine Verdichtung des Schüttguts und damit eine kontrollierte Veränderung der Substruktur. Auf einer Skala, die sehr viel größer als die Abschneidelänge ist, sollten die existierenden, kontinuumsmechanischen Stoffmodelle anwendbar sein, aber die Parameter werden von der postulierten hierarchischen Substruktur und ihrer Abschneidelänge abhängen. Dies sollte im makroskospischen Scherexperiment dadurch zum Ausdruck kommen, dass die Parameter einer kontinuumsmechanischen Beschreibung von der Prozessführung abhängen, wenn die Substruktur nach und nach zusammenbricht. Um den mikroskopischen Zusammenhang zwischen Packungsstruktur, mechanischer Spannung und Deformationsverhalten besser zu verstehen, sollen in Duisburg Kontaktdynamiksimulationen durchgeführt werden, bei denen die elastische Deformation der Primärpartikeln vernachlässigt wird. Berücksichtigt werden sollen neben der Coulomb´schen Reibung die Kohäsion und Bedingungen für das Aufbrechen kohäsiver Aggregate.