Papier ist ein außerordentlich vielseitig einsetzbares Material und wird dadurch in vielen Anwendungsbereichen verwendet. Hauptsächlich in der Verpackungsindustrie spielt es, besonders durch die Wiederverwertbarkeit und die nachwachsenden Rohstoffe, eine große Bedeutung. Insbesondere bei Verpackungsherstellern wächst der Bedarf an Simulationstools, die eine effiziente Strukturberechnung der Kartonverpackungen ermöglichen, um Lebensdauer und Versagensmechanismen vorhersagen zu können.

Ziel des Projektes ist es, die bisher weitgehend unbekannten Schädigungsmechanismen von Papier zu untersuchen und simulieren. Die Schwierigkeit bei der Modellierung liegt darin, dass das makroskopische Verhalten des Werkstoffs durch seine intrinsische Mikrostruktur vorgegeben wird, die ein aus verbundenen Fasern bestehendes Netzwerk darstellt. Das elasto-plastische Verhalten der Einzelfasern, das Versagen von einzelnen Fasern sowie das mögliche Ablösen von Faserbindungen führen auf der Makroskala einerseits zu elasto-plastischem Materialverhalten und andererseits zur Entstehung und Ausbreitung von Schädigungsmechanismen. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Fasern, müssen diese Phänomene als anisotrop betrachtet werden. Das bislang noch nicht verstandene Schädigungsverhalten soll durch experimentelle Versuche zur Charakterisierung des Materialverhaltens untersucht und Modellierungsstrategien dafür entwickelt werden. Insgesamt wird daher ein anisotropes, elasto-plastisches Materialmodell für große Deformationen entwickelt, welches nach einer Kalibrierung anhand von experimenteller Daten durch ein anisotropes Schädigungsmodell erweitert wird. Weiterhin wird eine neuartige Kohäsivzonenformulierung zur Beschreibung der Delamination zwischen einzelnen Schichten von Papierlaminaten konstruiert. Abschließend wird das Materialmodell für in der Praxis relevante Umformprozesse validiert.