Die papier- und kartonverarbeitende Industrie in Deutschland ist eine Branche mit knapp 84.000 Beschäftigten und einem Jahresumsatz von circa 19 Mrd. Euro in 2019. Hingegen der weitverbreiteten Anwendung stützen sich die industriellen Prozesse immer noch meist auf empirischen Methoden. Um den gegenwärtigen und zukünftigen Ansprüchen von Nachhaltigkeit gerecht zu werden und international konkurrenzfähig zu bleiben, ist eine erhebliche Steigerung der Materialausnutzung von Papier und Pappkarton essentiell. Hierbei ist die genaue Kenntnis der mechanischen Eigenschaften der Mikrostruktur und deren Einfluss auf das makroskopische Materialverhalten entscheidend. Basierend auf den tatsächlichen Faserorientierungen, Faserdichten und Lagenaufbau und unter Berücksichtigung der statistischen Schwankungen soll es möglich werden, die erforderlichen Bauteileigenschaften (hier Verpackung, Membranen, Wabenkernstrukturen) ressourceneffizient zu gewährleisten.

In dem Teilvorhaben an der Bergischen Universität Wuppertal sollen die Fluktuationen in Fasernetzwerken von Papier und Pappkarton durch Simulationen von entsprechenden Mikrostrukturen untersucht werden. Die jeweiligen stochastisch variierenden Materialparameter werden dann in einem makromechanischen Materialmodell berücksichtigt, das die Berechnung von Herstellungs- und Umformprozessen erlaubt. Um das makromechanische Verhalten zu verbessern, werden daraufhin mögliche Verbesserungen für die Mikrostrukturen, wie etwa eine Anpassung von Faserorientierungen, erarbeitet.