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 Neuer Super-Kunststoff mit positiver Ökobilanz
18.09.2018 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

nachricht Bio-Kunststoffe nach Maß
18.09.2018 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Im Focus: Bio-Kunststoffe nach Maß

Zusammenarbeit zwischen Chemikern aus Konstanz und Pennsylvania (USA) – gefördert im Programm „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung

Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

Gesundheitstipps und ein virtueller Tauchgang zu Korallenriffen

20.09.2018 | Veranstaltungen

Internationale Experten der Orthopädietechnik tagen in Göttingen

19.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bei Depressionen ist Hirnregion zur Stresskontrolle vergrößert

20.09.2018 | Biowissenschaften Chemie

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Was Einstein noch nicht wusste

20.09.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics