ACE

ACE-Projekte

Grundsätzlich können nur solche Projekte als ACE-Projekte etabliert werden, die den Kriterien der Mission von ACE genügen. Da diese Projekte mit hohen Verbindlichkeiten hinsichtlich Ressourcen und Laufzeiten verknüpft sind, gelten darüber hinaus strenge strategische und wettbewerbliche Kriterien. ACE-Projekte konkurrieren um die gleichen Ressourcen, wie die Forschung der im Bereich Werkstoffmechanik angesiedelten wissenschaftlichen Abteilungen. Folglich muss ein hinreichendes gemeinsames Interesse an einem ACE-Projekt vorhanden sein, das mit einem hohen Mehrwert und wissenschaftlichem Anspruch verbunden ist. Für die Einordnung von ACE-Projekten sind zwei Kategorien verfügbar.

Explorative Projekte dienen der Beurteilung von kreativen Ansätzen mit vergleichsweise hohem Risiko. Die Laufzeiten dieser Projekte sind zunächst auf 1-2 Jahre begrenzt. Zum Ablauf eines explorativen Projektes entscheidet eine Evaluation über die Beendigung bzw. über die Weiterführung als Referenzprojekt.

Referenzprojekte haben eine Laufzeit von 3-5 Jahren und eine hohe Ressourcenbindung. Sie demonstrieren in hohem Maße unsere wissenschaftliche und technologische Leistungsfähigkeit, verbunden mit dem Anspruch einer hohen internationalen Sichtbarkeit. Mit Beginn des Betriebs der Forschungsplattform ACE wurden zwei Referenzprojekte LISA und CraMaSS etabliert.


Referenzprojekt LISA

Titel:
Lightweight Integral Structures for Future Generation Aircrafts
Projektleiter:
Dr. Jorge dos Santos
Laufzeit:
2010-2014
Abteilungen:
Festphasefügeprozesse, Fügen und Bewerten, Simulation von Werkstoff- und Strukturverhalten
Partner:
Embraer, Brasilien

Vorangegangene Grundlagenprojekte mit EMBAER haben gezeigt, dass es prinzipiell möglich ist, Flugzeugrumpfstrukturen mit Friction Stir Welding (FSW) anstelle von herkömmlichen Nietverbindungen zu realisieren. Sowohl Verbindungen von Haut-Stringer als auch Haut-Haut im Stumpfstoß sind auf die gleiche Weise möglich, was zu einer erheblichen Gewichtseinsparung führt. Für die Umsetzung dieses neuen Konzeptes im Flugzeugbau sind Weiterentwicklung und Up-scaling der entsprechenden Prozesstechnologien erforderlich. Darüber hinaus ist die Optimierung des Schadenstoleranz-Verhaltens ein wichtiger Aspekt, um die Lebensdauer der Struktur zu erhöhen. Für die Bearbeitung dieser Fragestellungen sind verschiedene Expertisen aus dem Bereich Werkstoffmechanik erforderlich. Diese werden durch Beiträge des Industriepartners EMBRAER ergänzt.

Ziele des Referenzprojektes LISA sind die Entwicklung einer FSW-Prozesstechnologie (d.h Hardware und Prozeduren) für die Herstellung von Haut/Stringer-Verbindungen, die Eigenspannungs-Modifikation des Grundwerkstoffs im Hautbereich mit Laser-Verfahren, die Analyse des Schadenstoleranzverhaltens der Teilkomponenten und die Validierung von vorhandenen numerischen Modellen zur Beschreibung und Vorhersage des Rissfortschrittverhaltens an Teilkomponenten. Die im Rahmen des Referenzprojektes entwickelte und hergestellte Demonstratorkomponente soll mit einer herkömmlich genieteten Flugzeugstruktur hinsichtlich Gewicht und Leistungsfähigkeit verglichen werden.


Referenzprojekt CraMaSS

Titel:
Crashworthiness of Magnesium Sheet Structures
Projektleiter:
Dr. Dirk Steglich
Laufzeit:
2011-2013
Abteilungen:
Simulation von Werkstoff- und Strukturverhalten, Fügen und Bewerten, Festphasefügeprozesse
Partner:
Magnesium Innovation Centre (HZG)
CraMaSS

Ziel des Kooperationsprojekts der beiden Forschungsplattformen am Helmholtz-Zentrum Geesthacht ACE und MagIC ist die Entwicklung und Erprobung der Leistungsfähigkeit eines neuartigen Crash-Elementes aus Magnesium. Magnesium ist derzeit in Form von Knetlegierungen mit guten Festigkeiten als Blech oder extrudiertes Profil erhältlich und hat ein deutlich geringeres Gewicht im Vergleich zu Aluminium. Allerdings ist Magnesium aufgrund seiner hexagonalen Kristallstruktur nur eingeschränkt verformbar und weist aufgrund von Zwillingsbildung eine Zug-Druck-Asymmetrie auf, die sich nachteilig auf das Verformungsverhalten auswirkt.

Im Rahmen des Referenzprojektes werden Profile aus zwei Legierungen (AZ31, ZE10) durch Laserfügen bzw. Festphasefügen (Bobbin-Tool FSW) hergestellt und getestet. Zusätzlich werden extrudierte Profile durch das Strangpresszentrum Berlin als Referenzproben hergestellt. Zug- und Druckversuche an einfachen Grundwerkstoffproben dienen der Kalibrierung von Stoffgesetzen für die Struktursimulation des Crashverhaltens. Die von den Crashexperimenten unabhängig durchgeführten Vorhersagen zum Verformungsverhalten werden mit den Messdaten hinsichtlich Kraft-Weg-Verlauf und Energieaufnahme sowie mit den Verformungsbildern der unterschiedlichen Varianten verglichen.
Die Ergebnisse liefern erstmals Aufschluss über Möglichkeiten und Grenzen von Magnesium-Crashelementen aus Magnesium-Blechen sowie wichtige Hinweise für die Weiterentwicklung von Magnesium-Legierungen für Crashelemente.

Projektbeschreibung

Titel:
Nanoskalige hierarchische Mikrostruktur von Zahnschmelz
Projektleiter:
Prof. Swantje Bargmann
Laufzeit:
2014-2016
Abteilungen:
Simulation von Werkstoff- und Strukturverhalten, Experimentelle Werkstoffmechanik
Partner:
TUHH, Institut für keramische Hochleistungswerkstoffe
Bild Ace

Zahnschmelz ist das härteste Material im Körper von Säugetieren. Die herausragenden Eigenschaften ergeben sich aufgrund einer komplizierten faserverstärkten Mikrostruktur mit mehreren hierarchischen Ebenen (im konkreten Fall zum Beispiel Fasern aus faserverstärktem Material). Ziel des Projektes ist es, die Eigenschaftes des Materials in jeder Hierarchie-Ebene und damit auf jeder Längenskala zu verstehen und modellieren zu können, um die zugrunde liegenden Mechanismen beim Design zukünftiger Materialsysteme einsetzen zu können.

Projektschritte um das Ziel zu erreichen:

  • Entwicklung eines Modells der Mikrostruktur im Computer, das die mechanischen Eigenschaften des hierarchischen Materials abbildet.
  • Numerische Modellierung und Vorhersage der Mechanischen Eigenschaften von Zahnschmelz auf den einzelnen Hierarchieebenen.
  • Untersuchung, wie die verschiedenen Hierarchieebenen sich gegenseitig beeinflussen.
  • Verständnis für das Verhalten von Zahnschmelz als Kompositmaterial durch das Zusammenspiel von Mikrostruktur, Material und Hierarchieebenen.
  • Übertragung der Mikrostruktur auf andere, künstliche, Materialsysteme und Optimierung der Eigenschaften durch Anpassung von Geometrie und Materialeigenschaften der verschiedenen Bestandteile.