Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Umformsimulationen - Virtuelles Labor: Schnell, flexibel und genau

04.07.2017

Blechwerkstoffe werden bei der Umformung häufig bis an ihre Grenzen belastet. Wie weit man in der Produktion gehen kann, wird mit Computer-simulationen getestet. Doch die Simulation ist nur so genau wie die Daten, die man ihr zugrunde legt. Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben jetzt ein virtuelles Versuchslabor entwickelt, mit dem beliebige Belastungszustände für metallische Materialien untersucht und präzise werkstoffmechanische Daten ermittelt werden können.

Die mechanischen Eigenschaften von Blechwerkstoffen sind richtungsabhängig: Ihr Verformungsverhalten und ihre Festigkeit unterscheiden sich stark je nach der Betrachtungsrichtung, zum Beispiel in Walzrichtung oder quer dazu. Daher sind zahlreiche und aufwendige Belastungsversuche notwendig, um die benötigten Materialdaten zu erhalten. Auf deren Grundlage kann das Verhalten von Blechwerkstoffen bei der Umformung vorhergesagt werden.


© Foto Fraunhofer IMW

Von den experimentell ermittelten Eingangsdaten über das virtuelle Labor zur Bereitstellung von Materialkarten für die Bauteilsimulation.

Klassische Versuche im Labor sind zeit- und kostenintensiv. Für jeden Belastungszustand sind neue Versuchsaufbauten und Materialproben nötig. Zudem lassen sich bei Blechwerkstoffen nicht alle Belastungszustände untersuchen, obwohl sie für die Computersimulation des Herstellungsprozesses von Bauteilen wichtig wären.

Wenn es beispielsweise darum geht, das Verhalten von Blechwerkstoffen in Richtung ihrer Dicke zu bestimmen, stoßen herkömmliche Versuche an ihre Grenzen: Die ein bis zwei Millimeter der Blechdicke sind zu wenig, um in dieser Richtung Proben für einen Zugversuch präparieren zu können.

Zugversuche in Blechdickenrichtung problemlos möglich

»In unserem virtuellen Labor sind zum Beispiel Zugversuche in Blechdickenrichtung problemlos möglich«, sagt Dr. Alexander Butz, Projektleiter in der Gruppe Umformprozesse am Fraunhofer IWM. »Auch alle anderen Belastungszustände lassen sich schnell und flexibel testen. So erhalten Bauteilhersteller aus der Blechumformung viel detailliertere Materialdaten.«

Dafür erstellen Butz und sein Team zunächst mit Hilfe von wenigen realen Experimenten ein Simulationsmodell der Mikrostruktur des Werkstoffes, mit dem die physikalischen Mechanismen bei einer Verformung bis in die Kristallstruktur beschrieben werden.

Damit können alle gewünschten Versuche im Computer generiert und zuverlässige Rückschlüsse auf die makroskopischen mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs gezogen werden. »Die Methode ist bekannt. Neu ist jedoch, dass wir einen automatisierten Workflow entwickelt haben, der die Versuche zeitsparend virtuell ablaufen lässt«, erklärt Butz.

Weil sehr viele virtuelle Versuche in kurzer Zeit durchgeführt werden und das zugrundeliegende Mikrostrukturmodell sehr präzise ist, kann mit den Ergebnissen aus dem virtuellen Labor die sogenannte Materialkarte eines Werkstoffs deutlich genauer beschrieben werden als mit klassischen Versuchen.

Die virtuell ermittelten Daten können dabei von Bauteilherstellern in gleicher Weise weiterverarbeitet werden wie experimentell gewonnene Daten: Neben den Simulationen für die Bauteilproduktion auch für Simulationen zur Vorhersage des Bauteilverhaltens und der Lebensdauer während seiner Benutzung.

Kritische Stellen in der Mikrostruktur können gezielt untersucht werden

Ein weiterer Vorteil: »Kritische Stellen, an denen das Bauteil in der Produktion häufig beschädigt wird, können herausgegriffen und die Mikrostruktur wie mit einem virtuellen Mikroskop gezielt untersucht werden. So erhalten wir Hinweise darauf, wie sich der Bearbeitungsprozess verbessern lässt«, sagt Butz.

Besonders interessant ist das virtuelle Versuchslabor für die Leichtbau-Industrie, weil sie mit möglichst wenig Material arbeiten will – entsprechend stark ist dessen Beanspruchung. »Generell ist unsere Entwicklung für alle spannend, die sehr genaue Eingangsdaten für die Prozesssimulation und Bauteilauslegung benötigen, zum Beispiel für Bauteilhersteller der Automobil- oder Luftfahrtindustrie oder in der additiven Fertigung.«

Kontakt

Katharina Hien

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Wöhlerstr. 11
79108 Freiburg

Telefon +49 761 5142-154

Fax +49 761 5142-510

Katharina Hien | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2017/juli/virtuelles-labor-schnell-flexibel-und-genau.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten
19.02.2020 | Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung

nachricht Freiburger Forscher untersucht Ursprünge der Beschaffenheit von Oberflächen
17.02.2020 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Supercomputer „Hawk“ eingeweiht: Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart erhält neuen Supercomputer

19.02.2020 | Informationstechnologie

Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

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