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Integrative Werkstoffmodellierung

Status abgeschlossen
Ziele

1. Modelle für die durchgängige Simulation vom Rohstoff zum Bauteil
Es ist das Ziel des SFB, eine durchgängige modellmäßige Behandlung der Prozessabläufe und Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs in der Fertigungslinie vom Rohstoff bis zum Bauteil zu erarbeiten. Dazu sollen die heute verfügbaren Modellierungsaktivitäten der unterschiedlichen Prozessstufen sowohl verknüpft als auch bis zur werkstoffphysikalischen Ebene verfeinert werden, also eine Integration der Prozessfolge und der Modellierungsebenen vorgenommen werden. Dazu sind folgende Einzelziele zu erreichen:

  • Entwicklung von modularen ingenieurmäßigen Programmsystemen unter Verwendung vorhandener Programme und Neuentwicklungen für elementare Prozessformen der Werkstoffherstellung und Verarbeitung sowie zur Beschreibung von Werkstoffeigenschaften. Dieses Ziel ist während der ersten beiden Antragsphasen des SFB im Wesentlichen erreicht worden.
  • Verknüpfung der Module durch Definition von Schnittstellen zur Informationsübergabe und wechselseitige Aufrufmöglichkeiten. Dieses Ziel war die zentrale Aufgabe des SFB für die derzeitige Phase und ist ebenfalls im Wesentlichen erreicht.
  • Verfeinerung der ingenieurwissenschaftlich-technischen Programmsysteme durch werkstoffphysikalische Modelle, von der makroskopischen Ebene bis zur atomistischen Ebene. Für viele Elementarprozesse stehen werkstoffphysikalische Modelle bereits zur Verfügung, die im SFB entwickelt wurden.
  • Planung und Ausführung von gezielten experimentellen Untersuchungen

    • zur Bereitstellung von Materialkenngrößen für empirisch/phänomenologische Modelle
    • zum Vergleich des realen Werkstoffverhaltens mit den Prognosen der entsprechenden Modelle.

  • Herstellung von Bauteilen und systematische Charakterisierung der Werkstücke in den verschiedenen aufeinander folgenden Prozessformen zum kritischen Vergleich mit den Vorhersagen der integrativen Modelle. Genau diese Problematik ist ein zentraler Gegenstand der beantragten abschließenden Phase des SFB, nämlich die Herstellung und Charakterisierung der vollständigen Prozesskette in Form der Bauteile und anhand der Modellierung.

Die Organisation der Arbeitsvorgänge und Projekte ist an die typische Prozessfolge angelehnt, die ausgehend vom Rohstoff schließlich das Bauteil mit seinen gewünschten Eigenschaften liefert. Die Prozesse, Prozessstufen, ihre Verknüpfung und ihre modellmäßige Behandlung sind schematisch in Bild 1a und Bild 1b wiedergegeben.

Bild 1a: Projektstruktur

Bild 1b: beteiligte Institute


Dabei sind grundsätzlich drei Prozessstufen zu unterscheiden, nämlich einmal die Herstellung der festen Phase, entweder aus dem flüssigen oder dem gasförmigen Zustand, zweitens die Nachbehandlung des erzeugten Werkstoffs zur Veränderung seiner Form oder seines Zustands, in der Regel durch thermomechanische Behandlung, und schließlich die Fertigung des Bauteils mit entsprechenden Anforderungen an seine Eigenschaften. Je nach Bauteil oder Verfahren kann zwischen diesen Prozessstufen eine periodische Abfolge stattfinden (z.B. Umformung und Wärmebehandlung), können ganze Prozessformen übersprungen werden (z.B. endabmessungsnahes Gießen) oder alle drei

Prozessstufen

in einem Vorgang vorkommen (z.B. Schweißen). Aus dieser Verflechtung

ergeben sich zwangsläufig die drei Projektbereiche, in die der SFB

gegliedert ist (Bild

2). 

Bild 2: Struktur der Teilprojekte



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