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  5. Thermal Conductivity Analysis of Polymer‐Derived Nanocomposite via Image‐Based Structure Reconstruction, Computational Homogenization, and Machine Learning
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Thermal Conductivity Analysis of Polymer‐Derived Nanocomposite via Image‐Based Structure Reconstruction, Computational Homogenization, and Machine Learning

File(s)
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Hauptpublikation
ADEM_ADEM202302021.pdf
CC BY-NC 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 39.3 MB
TUDa URI
tuda/12381
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-282820
DOI
10.26083/tuprints-00028282
Autor:innen
Fathidoost, Mozhdeh ORCID 0000-0003-0485-4372
Yang, Yangyiwei ORCID 0000-0001-5505-7117
Thor, Nathalie ORCID 0000-0002-8075-8334
Bernauer, Jan ORCID 0000-0002-4515-5300
Pundt, Astrid ORCID 0000-0002-6665-6745
Riedel, Ralf ORCID 0000-0001-6888-7208
Xu, Bai‐Xiang
Kurzbeschreibung (Abstract)

Macroscopic thermal properties of engineered or inherent composites depend substantially on the composite structure and the interface characteristics. While it is acknowledged that unveiling such dependency relation is essential for materials design, the complexity involved in, e.g., microstructure representation and limited data impedes the research progress. Herein, this issue is tackled by machine learning techniques on image‐based microstructure and property data predicted from physics simulations, along with experimental validation. The methodology is demonstrated for the model system (Hf₀.₇Ta₀.₃)C/SiC ultrahigh‐temperature ceramic nanocomposite. The structure is reconstructed from scanning electron microscope images, and is resolved by a diffuse‐interface representation, which is advantageous in handling complicated structure and interface properties. Subsequently, hierarchical finite element homogenization is carried out to evaluate the effective thermal conductivity. A thorough comparison between the computed results and experimentally measured data, conducted across diverse temperatures and varying interface thermal resistances, reveals a high level of agreement. The observed agreement allows for the inverse estimation of the interface thermal resistance, a parameter typically challenging to ascertain directly through experimental means. Utilizing comprehensive data, a machine learning surrogate model has been meticulously trained to accurately predict the effective thermal conductivity of composite structures with exceptional performance.

Freie Schlagworte

computational thermal...

machine learning

polymer‐derived ceram...

two‐point statistics

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Geowissenschaften > Fachgebiet Geomaterialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Disperse Feststoffe
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Mechanik Funktionaler Materialien
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Advanced Engineering Materials
Jahrgang der Zeitschrift
26
Heftnummer der Zeitschrift
17
ISSN
1527-2648
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1002/adem.202302021
PPN
523640544
Zusätzliche Infomationen
Special Issue: Materials Compounds from Composite Materials for Applications in Extreme Conditions
Artikel-ID
2302021

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