Tobias Karl Tobias Karl

M.Sc. Tobias Karl

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
    Kaiserstraße 10
    Gebäude: 10.23
    76131 Karlsruhe

Curriculum Vitae

10/2013–03/2017    

Bachelorstudium Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Schwerpunkt: Festigkeitslehre und Kontinuumsmechanik
09/2016–03/2017

Industriepraktikum und Bachelorarbeit im Bereich Modellierung und Simulation faserverstärkter Polymerstrukturen, Schaeffler Technologies AG & Co. KG in Herzogenaurach
04/2017–11/2019 Masterstudium Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Vertiefungsrichtung: Theoretischer Maschinenbau, Schwerpunkte: Angewandte Mechanik und  Strömungsmechanik, Abschluss mit Auszeichnung
seit 02/2020  Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Mechanik (Teilinstitut Kontinuumsmechanik) in Kooperation mit dem Institut für Strömungsmechanik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Forschungsschwerpunkte

Strömungsmechanik und Homogenisierung anisotroper Fließprozesse
(Fluid Mechanics and Homogenization of Anisotropic Flow Processes)

Während der Herstellung faserverstärkter Polymerwerkstoffe im Spritzgussverfahren erfolgt die Ausrichtung der Fasern durch das vorherrschende Strömungsfeld in der Polymerschmelze. Da die Ausrichtung der Fasern die anisotropen elastischen Eigenschaften des gefertigten Bauteils maßgeblich beeinflusst, ist eine genaue Vorhersage des Orientierungszustandes am Ende der Formfüllung von großem Interesse. Bereits während der Formfüllung sorgen die Fasern für anisotrope viskose Eigenschaften der Faser-Polymer-Schmelze, wodurch die Strömung von der Faserorientierung beeinflusst wird. Ein Ziel des Projekts ist, dieses sogenannte Flow-Fiber Coupling hinsichtlich der Auswirkungen auf die vorhergesagten mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Hierbei stehen mikromechanische Ansätze sowohl für die Faser-Polymer-Schmelze als auch für den Composit im Fokus.
In der Ingenieurspraxis werden Tensoren zur Beschreibung des Orientierungszustandes verwendet, welche durch die Lösung einer geeigneten Entwicklungsgleichung erhalten werden. Da diese Gleichungen nicht geschlossen sind, sind geeignete Ansätze zur Schließung notwendig. Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Methoden zur Schließung, welche zum einen numerisch effizient sind und zum anderen die Entwicklung der Orientierung genau vorhersagen. Darüber hinaus finden Schließungen auch Anwendung bei der Vorhersage der anisotropen viskosen und elastischen Eigenschaften. Die Eignung der entwickelten Schließungen in diesem Kontext stellt ein weiteres Untersuchungsziel dar.

 

Lehrveranstaltungen

Sommersemester 2023

  • Vertretung ausgewählter Vorlesungen in Mathematische Methoden der Mikromechanik (MMM)
  • Übungen zu Mathematische Methoden der Mikromechanik (MMM)
  • Übungen zu Nonlinear Continuum Mechanics (NCM)

Wintersemester 2022/2023

  • Übungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)
  • Rechnerübungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)

Sommersemester 2022

  • Übungen zu Mathematische Methoden der Mikromechanik (MMM)
  • Übungen zu Nonlinear Continuum Mechanics (NCM)

Wintersemester 2021/2022

  • Übungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)
  • Rechnerübungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)

Sommersemester 2021

  • Übungen zu Mathematische Methoden der Mikromechanik (MMM)
  • Übungen zu Nonlinear Continuum Mechanics (NCM)

Wintersemester 2020/2021

  • Übungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)
  • Rechnerübungen zu Kontinuumsmechanik der Festkörper und Fluide (KMFF)

Sommersemester 2020

  • Rechnerübungen zu Einführung in die Finite-Elemente-Methode (FEM)
  • Übungen zu Mathematische Methoden der Mikromechanik (MMM)

Betreuung studentischer Arbeiten

2022

Masterarbeit von Jan Zartmann
Numerische Untersuchung und Modellierung des Formfüllverhaltens einer zweiphasigen Strömung im Spritzgussprozess mittels Volume of Fluid Methode
Betreuer:
M.Sc. Tobias Karl
Prof. Dr.-Ing. Thomas Böhlke

Bachelorarbeit von Felix Maximilian Bernhardt
Thermomechanische Modellierung semikristalliner Polymere
Betreuer:
M.Sc. Tobias Karl
Prof. Dr.-Ing. Thomas Böhlke

2021

Bachelorarbeit von Lukas Brock
Implementierung und numerische Untersuchung verschiedener Modelle zur Beschreibung der Faserorientierungs-Entwicklung in Strömungen
Betreuer:
M.Sc. Tobias Karl
Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Böhlke

Bachelorarbeit von Simon Dalpke
Implementierung eines Finite-Volumen-Verfahrens für kurzfaserverstärkte Komposite unter Berücksichtigung der faserinduzierten elastischen Anisotropie
Betreuer:
M.Sc. Tobias Karl
Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Böhlke

Masterarbeit von Benedikt Sterr
Fiber suspension flow and homogenization of elastic properties under uncertainty
Betreuer:
M.Sc. Tobias Karl
Dr.-Ing. Davide Gatti
Prof. Dr.-Ing. Bettina Frohnapfel
Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Böhlke
Prof. Dr. Martin Frank

Veröffentlichungen

2023

Karl, T., Böhlke, T.:
Generalized micromechanical formulation of fiber orientation tensor evolution equations
International Journal of Mechanical Sciences (2023), accepted for publication

Karl, T., Schneider, M., Böhlke, T.:
On fully symmetric implicit closure approximations for fiber orientation tensors.
Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 318, 105049 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2023.105049

Karl, T., Zartmann, J., Dalpke, S., Gatti, D., Frohnapfel, B., Böhlke, T.:
Influence of flow-fiber coupling during mold-filling on the stress field in short-fiber reinforced composites.
Computational Mechanics 71(5), 991-1013 (2023).
DOI:10.1007/s00466-023-02277-z

2022

Karl, T., Böhlke, T.:
Unified mean-field modeling of viscous short-fiber suspensions and solid short-fiber reinforced composites
Archive of Applied Mechanics 92 (12), 3695-3727 (2022)
DOI:/10.1007/s00419-022-02257-4

2021

Karl, T., Gatti, D., Frohnapfel, B., Böhlke, T.:
Asymptotic fiber orientation states of the quadratically closed Folgar-Tucker equation and a subsequent closure improvement.
Journal of Rheology 65(5), 999-1022 (2021)
DOI: 10.1122/8.0000245

Karl, T., Gatti, D., Böhlke, T., Frohnapfel, B.:
Coupled simulation of flow-induced viscous and elastic anisotropy of short-fiber reinforced composites.
Acta Mech 232(6), 2249-2268 (2021)
DOI: 10.1007/s00707-020-02897-z

 

Vorträge

2023

Karl, T., Schneider, M., Böhlke, T.:
Fiber orientation tensor approximations based on an implicitly defined closure approach
International Conference on Composite Materials, 30.07.-04.08.2023, Belfast, Northern Ireland

Karl, T., Zartmann, J., Dalpke, S., Gatti, D., Frohnapfel, B., Böhlke, T.:
Mean-field based modeling of anisotropic viscosity and flow-fiber coupled mold-filling simulation of short-fiber suspensions
16th International Conference on Advanced Computational Engineering and Experimenting, 03.-07.07.2023, Heraklion, Crete

Karl, T., Böhlke, T.:
Flow-fiber coupling of mold-filling fiber suspension simulations based on anisotropic viscosity and mean-field modeling
IRTG/ICRG Summer School 2023, 20.06.2023, WissenschaftsForum Berlin, Germany

Böhlke, T., Karl, T., Sterr, B., Krause, M., Gajek, S.:
Skalenübergreifende kontinuumsmechanische Modellierung von Kompositen und Polykristallen
Abschiedskolloquium H. Altenbach, 12.05.2023, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Germany

Karl, T., Böhlke, T.:
Mean-Field basierte Fließsimulationen von Fasersuspensionen unter Berücksichtigung anisotroper Viskosität
Kolloquium der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 31.01.2023, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Germany

2022

Karl, T., Gatti, D., Frohnapfel, B., Böhlke, T.:
Asymptotic fiber orientation states of the quadratically closed Folgar-Tucker equation and a subsequent closure improvement,
8th ECCOMAS Congress 2022, 05.-09.06.2022, Oslo, Norway

2021

Karl, T., Gatti, D., Frohnapfel, B., Böhlke, T.:
Coupled simulation of flow-induced viscous and elastic anisotropy of short-fiber reinforced composites,
91st GAMM Annual Meeting 2020@21, 15.-19.03.2021, Kassel, Germany