Werkstoffsimulation
Das Computational Mechanics and Materials Lab (CMM) der Fakultät Maschinenbau an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg setzt im Rahmen des ICME (Integrated Computational Material Engineering) auf Forschung an der Schnittstelle von Werkstoffen und Bauteilen. Dazu werden Modellierungsansätze entwickelt, um den Einfluss der Werkstoffe auf das Bauteilverhalten unter komplexen Belastungsbedingungen mit Hilfe numerischer Werkzeuge und Datenanalyse zu beschreiben.
Das verbesserte Verständnis von Werkstoff- und mechanischem Verhalten soll zu intelligenteren, multifunktionalen, sicheren und nachhaltigen Bauteilsystemen führen. Zu den Hauptthemen gehören u.a. Strukturmechanik, Bruch-, Schädigungs- und Mikrostrukturmodellierung, Optimierung, skalenübergreifende Bauteilanalyse, Ermüdung, Fluid-Struktur-Interaktion und Biomechanik.
Leistungen
Prüfmöglichkeiten und Messverfahren
- Validierung von Konstruktion und Berechnung durch experimentelle Prüfung unter Betriebsbedingungen
- Mechanische Charakterisierung von Werkstoffen unter Einsatz von moderner Hochleistungsmesstechnik
- Kopplung an FE-Strukturanalyse
Modellierungs- und Simulationsmöglichkeiten
- Berücksichtigung von nichtlinearem Verformungsverhalten
- Rissfortschrittssimulation durch Schädigungsmechanische Modelle
- Finite-Elemente-basierte Multi-Physik-Simulation
- Rechnerische Lebensdaueranalyse
- Topologieoptimierung
- Netzgenerierung zur Nutzung von CT-Daten in FE-Simulationen
- Erarbeitung skalenübergreifender Modellansätze für Bauteilauslegung
Rechnerischer Bauteilsicherheitsnachweis
Bruchmechanische Bewertung von Bauteilen und Schweißkonstruktionen
- Kennwertermittlung: Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte durch standardisierte Laborversuche
- Rechnerischer Ausschluss von Versagensfällen
- Bewertung und Auswirkungen von vorhandenen Schwachstellen und Rissen
Lebensdaueranalysen unter zyklischen Betriebsbedingungen
- Analyse des Ermüdungsverhaltens (Rissfortschrittsrate) im LCF und HCF Bereich
- Numerische Abbildung des Ermüdungsverhaltens
Materialien und Fragestellungen
Materialien
- Stahl- und Aluminiumlegierungen aus diversen Herstellungsprozessen (Grobbleche, Feinbleche, Additive Fertigung, Schäume)
- Bodenmaterial
- Einfache und reiche Erdgase, CO2-Gemische, H2-Gemische, Raumluft, Wasser
Typische Fragen
- Wie kann eine werkstoffgerechte Bauteilauslegung erreicht werden?
- Welche Materialkennwerte geben Aufschluss über die Bauteilsicherheit unter Betriebsbedingungen?
- Wie hoch ist die Lasttragfähigkeit des Bauteils nach Anriss oder bei vorhandener Fehlstelle/Defekt?
- Können die Materialeigenschaften durch Topologieoptimierung eines Bauteils besser ausgeschöpft werden?
- Welche Laborversuche und Prüfbedingungen sind zur Parametrisierung der numerischen Modelle nötig?
- In welchem Detaillierungsgrad sind multi-physikalische Belastungsfälle abzubilden?
- Welche Materialeffekte müssen zur hinreichenden Abbildung des Belastungsfalls berücksichtigt werden?
- Welches Materialmodell eignet sich zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens im Anwendungsfall?
Branchen & Partner
Ressourcen
Hochleistungsrechner mit aktueller Hardware-Ausstattung
Softwarepakte:
- Simulationstools: ANSYS, ABAQUS, MSCOne und LS-Dyna
- Thermodynamik: GERG-2008
- Strukturoptimierung: TOSCA
- CAD-Tools: Catia, Solid Edge, CREO
- 3D-Bildverarbeitung und Modellgenerierung: Simpleware ScanIP
Peripherie zur Erweiterung der Softwarepakete durch spezielle Material-, Fluid- und Lastmodelle
In Kooperation mit anderen Prüfinstituten:
- Elektro-mechanische Universalprüfmaschine Zwick Inspektdesk 250kN mit Klimakammer
- Servo-hydraulische Prüfmaschine zur dynamischen Werkstoffprüfung
- mikro-, makro-CT
Projekte
HyToPi
PreStige
Publikationen
2005 |
Numerical simulation of crack extension in electron-beam and hybrid-laser welds Werkstoffsimulation Proceedings Article In: ESIS TC1/TC8 Meeting, Serco Assurance, Warrington, United Kingdom, 2005. |
Investigations of failure behaviour of flawed steel specimens with electron beam welds (EBW) Werkstoffsimulation Proceedings Article In: 11th International Congress on Fracture (ICF11), Turin, Italy, 2005. |
Numerische Simulation des Rissauswanderns (RA) in Strahlschweißverbindungen Werkstoffsimulation Proceedings Article In: DVM-Bericht 237, 37. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge, „Technische Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer“, Hamburg, Germany, 2005. |
2003 |
Numerical Investigations on Failure Behaviour of Flawed Steel Components Containing Power Beam Welds Werkstoffsimulation Proceedings Article In: ESIS TC1/TC8 Meeting, GKSS Geesthacht, 2003. |
