In dem Projekt soll die Orientierung von starren Fasern in einer strömenden Fasersuspension theoretisch behandelt werden. Die Frage nach dem Einfluss der Strömung auf die Faserorientierung in Fasersuspensionen ist neben der wissenschaftlichen Fragestellung auch von technischem Interesse, da z.B. faserverstärkte Polymere im Spritzgussverfahren aus der Schmelze hergestellt werden oder stahlfaserverstärkter Beton gegossen wird und die Festigkeit des resultierenden Werkstoffes von der Faserorientierung abhängt. Die theoretische Modellierung derartiger Prozesse basiert fast ausschließlich auf der Folgar-Tucker Gleichung für den Orientierungstensor 2. Stufe unter Verwendung verschiedener Abschlussrelationen. Um die Übereinstimmung der vorhergesagten Faserorientierung mit experimentellen Ergebnissen zu verbessern, werden teilweise Abschlussrelationen mit Fitparametern verwendet, was unbefriedigend und unpraktisch zu handhaben ist. In dem geplanten Projekt soll das Folgar-Tucker Modell in zweifacher Hinsicht erweitert werden. Erstens soll berücksichtigt werden, dass die geometrische Behinderung eine Parallelorientierung der Fasern begünstigt. Zweitens soll die Beschreibung verfeinert werden, indem der Orientierungstensor 4. Stufe zusätzlich berücksichtigt wird. Die resultierenden Bewegungsgleichungen sollen für sehr einfache Strömungen numerisch gelöst und die Ergebnisse mit Lösungen der klassischen Folgar-Tucker-Gleichung und mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur verglichen werden. Das Ziel ist es, anhand dieser einfachen Strömungsgeometrien zu beurteilen, ob die hier entwickelten erweiterten Modelle Vorhersagen der Faserorientierung liefern, die besser mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmen als die Vorhersagen des Folgar-Tucker-Modells. Sofern damit ein verbessertes Modell erzielt werden kann, sollen zukünftig die entwickelten Modelle auf die Strömung von Fasersuspensionen in realistischeren Geometrien angewendet werden.

• Prof. Dr. Christina Papenfuß (Projektleitung)

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