(Übersetzt) Mikrotomographiemethoden ermöglichen die Darstellung und Analyse der inneren Bestandteile von materialminimierten Strukturen. Im Rahmen des SFB/TRR280 wurde ein bildgestütztes Verfahren zur Untersuchung von kohlenstofffaserverstärkten Betonstrukturen entwickelt, um die Position der Kohlenstoff-Rovings sowie ihre Geometrie zu bestimmen. Um die Verwendung der exakten Geometrieinformationen zu ermöglichen, wird die skalierte isogeometrische Grenzflächenanalyse verwendet.
Die auf die Voxeldaten angewendeten Segmentierungsmethoden erleichtern die Identifizierung der Komponenten, der Carbon-Rovings und des Betons. Da die Dichte der Kohlenstofffasern und einiger Betonbestandteile recht ähnlich ist, ist eine Segmentierung mit einfachen Schwellenwerten unwirksam. Stattdessen verwenden wir ein tiefes neuronales Faltungsnetzwerk zur Segmentierung. In diesem Beitrag wird eine 3D-Variante des berühmten U-Netzes verwendet, um volumetrische Rekonstruktionen von kohlefaserverstärktem Beton zu untersuchen. In einem nächsten Schritt werden Oberflächenextraktionsmethoden auf den resultierenden binären Voxelraum angewandt, um die Form der Kohlenstoff-Rovings zu schätzen.
Die erhaltene geometrische Beschreibung kann direkt für Untersuchungen mit der skalierten isogeometrischen Grenzflächenanalyse verwendet werden. Diese Methode stellt Festkörper durch ihre Grenzen dar, die durch NURBS-Funktionen beschrieben werden. Daher wird die Oberflächenextraktion aus dem vorherigen Schritt in den Analyseprozess einbezogen. Für die Analyse werden sternförmige Domänen vorausgesetzt, was durch Unterteilung sichergestellt wird. Die geometrische Beschreibung des Materials ist eingebettet in einen Homogenisierungsansatz für die Analyse von Schalenstrukturen. Die extrahierten Geometriedaten werden für die Definition eines repräsentativen Volumenelements (RVE) verwendet. Dies ermöglicht die Definition von äquivalenten homogenen Materialparametern, die auf der makroskopischen Skala verwendet werden. Die makroskopische Struktur wird mit Schalenelementen beschrieben.
Die vorgestellte Methode liefert einen allgemeinen Rahmen für die bildbasierte Modellierung und Analyse. Durch die Anreicherung des Modells mit detaillierten Geometriedaten kann die Genauigkeit der Analyse verbessert werden.