Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dem Stahl auf seinen kristallinen Grund gehen

04.11.2005


Neuartige, sehr viel präzisere Simulationsmodelle für Metalle und metallische Bauteile will eine neu gegründete Arbeitsgruppe entwickeln: Das Max-Planck-Institut für Eisenforschung MPIE in Düsseldorf und das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg erhielten jetzt den Segen ihrer Vorstände. Sie werden in den kommenden drei Jahren mathematische Beschreibungen von Metallen aus der Grundlagenforschung mit der anwendungsorientierten Simulation von Fertigungsprozessen und Bauteilen für die industrielle Praxis zusammenzuführen. Die Max-Planck-Gesellschaft investiert knapp eine halbe Million Euro, die Fraunhofer-Gesellschaft knapp eine Million Euro in die Entwicklung neuer so genannter Vielkristall-Simulationsmodelle.



Das Simulieren, also das Vorausberechnen des Bauteilverhaltens ist in der Produktentwicklung heute gang und gäbe. Simulationen zeigen, ob ein Bauteil den Belastungen standhält oder wo die Fertigung optimiert werden muss, um spätere Schäden zu vermeiden. Aber gerade Metalle sind nicht immer gleich. "Ein einziges Blech kann völlig unterschiedliche Werkstoffeigenschaften haben, je nachdem, wo und wie es verformt wurde", erläutert Professor Peter Gumbsch, Leiter des Fraunhofer-Instituts in Freiburg. Das aber berücksichtigen Simulationsmodelle heute noch nicht richtig: "Die Genauigkeit ist oft unzureichend, aber die empirischen Methoden sind ausgereizt", beschreibt Gumbsch die Lage der Modellentwickler.



Dabei gibt es den Blick in die Tiefe des kristallinen Verhaltens schon: Professor Dierk Raabe, Direktor am Max-Planck-Instituts für Eisenforschung MPIE in Düsseldorf, und seine Kollegen untersuchen das Verhalten vieler einzelner Kristallite im Metall. Sie beschreiben zum Beispiel verformungsinduzierte Umwandlungen und Zwillingseffekte. "Aber ein Bauteil besteht aus mehreren Milliarden Einzelkristallen, die unmöglich alle einzeln verfolgt werden können. Eine gewisse Ordnung kommt nun dadurch hinein, dass diese Kristalle sich, je nach Belastung, etwa wenn ein Blech verformt oder ein Draht gezogen wird, unterschiedlich umordnen. Hier gilt es intelligente Verfahren zu entwickeln, die in der Lage sind diese Umorientierung zu verfolgen" beschreibt Dierk Raabe den schier unfassbaren Umfang der rechnerischen Aufgabe für die industrielle Anwendung.

Kein Wunder also, dass die rechnerische Voraussage darüber, wie lange ein Vergaser dem Belastungswechsel standhält, wie Schäden an Wolframdrähten in Glühbirnen entstehen und vermieden werden, und wie ein Karosserieteil nach einem Zusammenstoß aussieht, vom Fraunhofer IWM bislang ohne Einbeziehung der detaillierten Kristallinformationen gelöst wurde. Die gemeinsame Arbeitsgruppe soll dazu dienen, die Theorie der Vielkristallmechanik zu vertiefen und andererseits den Transfer der Erkenntnis aus der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung zu gewährleisten. "Unsere Hauptaufgabe wird das Abspecken der kristallmechanischen Modelle an der richtigen Stelle und das Zusammenführen von numerischen Modellen auf unterschiedlichen Größenskalen sein. Der Gewinn für unsere Industriepartner muss darin liegen, dass mit vertretbarem Mehraufwand zusätzliche Informationen über das Werkstoffverhalten zugänglich werden", beschreibt IWM-Institutsleiter Gumbsch, was sich das Fraunhofer IWM in den kommenden drei Jahren vorgenommen hat.

Ziel ist die Entwicklung von Multiskalen-Modellen. Sie verbinden die mathematischen Beschreibungen des Werkstoffverhaltens auf völlig unterschiedlichen Ebenen. Während übliche Finite-Elemente-Modelle das Bauteil in millimetergroße Stücke zerteilen und deren Verhalten berechnen, gilt es nun, Texturmodelle für Korngrößen im Mikrometermaßstab und Modelle auf der Ebene einzelner Kristalle jeweils ineinander zu verschränken, ohne den Bedarf an Rechnerleistung zu hoch schrauben zu müssen.

Der Bedarf an solchen Multiskalen-Simulationsmodellen ist groß: Das Bauteilverhalten kristalliner Werkstoffe aus Metall ist heute in der Mikrosystemtechnik genauso wichtig wie im Automobilsektor, in der Medizintechnik oder der Elektrotechnik.

Thomas Götz | idw
Weitere Informationen:
http://www.iwm.fraunhofer.de/

Weitere Berichte zu: Bauteil Grundlagenforschung Metall

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kleine Strukturen – große Wirkung
21.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen
20.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie