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Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik
Der Fachbereich Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik beschäftigt sich mit der experimentellen Ermittlung und der numerischen Simulation des Deformations-, Schädigungs- und Versagensverhaltens von Werkstoffen unter komplexen thermisch-mechanischen Beanspruchungen. Ziel ist es, Methoden zu entwickeln, um Systeme, Strukturen und Komponenten sicher auslegen und betreiben zu können.
Werkstoffmechanische Versuche werden unter anderem unter betriebsnahen Beanspruchungen (z. B. komplexe mehrachsige Beanspruchungen, in verschiedenen Medien, Rissfortschritt unter thermo-mechanischer Ermüdung) durchgeführt, so dass Alterungs- und Schädigungsprozesse realitätsnah erfasst werden können. Dazu werden optimierte Versuchsprogramme erstellt, um die Anzahl von Versuchen gering zu halten.
Die eingesetzten Modelle verwenden effiziente numerische Algorithmen, um die Rechenzeit zu minimieren. Zur Beschreibung von Verformungs- und Schädigungsprozessen werden phänomenologische und mikromechanische Modelle verwendet.
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Kompetenzen
- Thermo-mechanische Charakterisierung von Konstruktionswerkstoffen sowie Beanspruchungs- und Lebensdaueranalyse von Bauteilen unter Verwendung fortschrittlicher experimenteller und numerischer Methoden
- Werkstoffspektrum: Stahl, warmfeste Gusseisen, poly- und einkristalline Nickelbasislegierungen, Titanaluminide, Keramik, Faserverbundwerkstoffe mit metallischer und keramischer Matrix
- Beanspruchungsspektrum: ein-/mehrachsig; monotone/zyklische Belastungen; isotherm/nichtisotherm
- Numerische Umsetzung von komplexen Verformungs- und Schädigungsmodellen zur Beanspruchungsanalyse mit kommerziellen Finite-Element-Programmen (ABAQUS, ANSYS) sowie mit akademischer bzw. Open-Source Software (FENICS, FEAP)
- Thermodynamik und Kinetik der Mikrostrukturentwicklung unter Verwendung von Phasenfeld- und Mean-Field-Ansätzen
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Arbeitsschwerpunkte
- Experimentelle Ermittlung und numerische Simulation des Deformations- und Versagensverhaltens unter komplexen thermisch-mechanischen Belastungsvorgängen
- Weiterentwicklung und Anpassung neuer Verfahren der thermo-mechanischen Werkstoffprüfung
- Weiterentwicklung und Anwendung von Deformations- und Schädigungsmodellen zur Simulation des inelastischen Werkstoffverhaltens und des Versagensverlaufs
- Entwicklung von numerischen Modellen zur Abbildung des Medieneinflusses
- Simulation des Risswachstums
- Programmierung von Subroutinen der Material- und Schädigungsmodelle für FE-Programme
- Inelastische 3D-FE-Analysen
- Untersuchung der Thermodynamik und Kinetik von Grenzflächen in mehrkörnigen Mehrphasen-Legierungen
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Angebotsspektrum/Technische Ausstattung
- Zug-/Druckprüfung
- Low Cycle Fatigue (LCF)
- Thermo-mechanical Fatigue (TMF)
- Axial-torsionale Prüfung
- Zeitstand-/Kriechprüfung
- Rissfortschrittsmessung bei hoher Temperatur
- Härteprüfung
- Resonanzmethode zur Bestimmung des E-Moduls
- Bestimmung der Parameter von Materialmodellen
- Bestimmung elastischer Konstanten anisotroper Werkstoffe
- Erstellung von benutzerdefinierten Materialroutinen (FEM)
- Entwicklung von Deformationsmodellen
- Abbildung von Versagensmechanismen
- Entwicklung von Lebensdauerregeln
- Untersuchung der Stabilität und Entwicklung der Mikrostruktur
Das Labor ist nach DIN ISO 17025 akkreditiert.
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Publikationen des Fachbereichs
