Under CopyrightMöbius, HildegardFischer, SarahBabii, IuliiaIuliiaBabii2025-06-032025-06-032025https://doi.org/10.24406/publica-4727https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/48819510.24406/publica-4727Metamaterialien sind künstlich hergestellte Materialien, die so strukturiert sind, dass sie über physikalische Eigenschaften verfügen, die in natürlichen Materialien nicht vorkommen. Diese einzigartigen Eigenschaften ermöglichen es Metamaterialien zum Beispiel, elektromagnetische Wellen zu beugen oder Geräusche in einer Weise zu dämpfen, wie es traditionelle Materialien nicht können. Im Bereich der Mechanik bieten Metamaterialien die Möglichkeit, mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Elastizität und Dämpfung gezielt zu kontrollieren und zu optimieren. Sie können beispielsweise verwendet werden, um Strukturen zu entwickeln, die extrem leicht und gleichzeitig sehr widerstandsfähig sind, oder um Stoßdämpfer zu gestalten, die Energie auf unkonventionelle Weise aufnehmen und umverteilen. In dieser Arbeit wird eine Beispielstruktur, die als Einheitszelle eines Metamaterials betrachtet wird, in ihrem Belastungsfall untersucht. Diese speziell dimensionierte und konstruierte Modellstruktur wird hergestellt, und ihre mechanischen Eigenschaften werden unter einer definierten Last in Zug- und Druckversuchen mit einer multiaxialen Zugmaschine experimentell geprüft. Darüber hinaus wird dieser Belastungsfall simuliert, um festzustellen, ob die Kompressions-Torsions-Kopplung tatsächlich im messbaren Bereich auftritt und um die entstehenden Kräfte präziser abzuschätzen. Außerdem wird eine analytische Berechnung durchgeführt, um den geeigneten Simulationstyp und dessen Randbedingungen besser auszuwählen. Beim Vergleich aller Ergebnisse traten bei einigen Größen erhebliche Unterschiede auf - je nach Berechnung, Simulation und Laborexperiment. Bei anderen Größen hingegen waren die Resultate aus allen Messmethoden nahezu identisch. Diese Unterschiede wurden diskutiert, um möglichst viele Erklärungen für diese Beobachtungen aufzuarbeiten und einen Beitrag zur Entwicklung innovativer Metamaterialien sowie zur Vorhersage ihres Verhaltens zu leisten. Abschließend folgen konkrete Vorschläge zur Optimierung der Geometrie dieser Struktur und zur Durchführung der Experimente.Metamaterials are artificially manufactured materials that are structured to possess physical properties not found in natural materials. These unique characteristics allow metamaterials, for example, to bend electromagnetic waves or dampen sound in ways that traditional materials cannot. In the field of mechanics, metamaterials offer the possibility to precisely control and optimize mechanical properties such as strength, elasticity, and damping. They can be used, for instance, to develop structures that are extremely lightweight yet highly resistant, or to design shock absorbers that absorb and redistribute energy in unconventional ways. In this work, a sample structure considered as a unit cell of a metamaterial is examined under its load case. This model structure is manufactured, and its mechanical properties are experimentally tested under a defined load in tensile and compression tests using a multiaxial testing machine. In addition, this load case is simulated to determine whether the compression-torsion coupling actually occurs in the measurable range and to estimate the resulting forces more precisely. Furthermore, a classical calculation is carried out to better select the appropriate simulation type and its boundary conditions. When comparing all results, significant differences appeared for some parameters, depending on calculation, simulation, and laboratory experiment. For other parameters, however, the results from all measurement methods were almost identical. These differences were discussed to provide as many explanations as possible for these observations and to contribute to the development of innovative metamaterials as well as the prediction of their behavior. Finally, concrete suggestions for optimizing the geometry of this structure and conducting the experiments are presented.demetamaterialsphysical properties600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaftenbachelor thesis