Institut für Werkstoffforschung

Werkstoffmechanik

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Die Reduzierung von Gewicht ist eine der effektivsten Methoden, um die Effizienz von Fahrzeugen und Flugzeugen signifikant zu verbessern. Konventionelle monolithische Bauweisen in Stahl oder Aluminium werden zukünftig zunehmend von Multimaterialstrukturen abgelöst werden, die aus sehr unterschiedlichen Leichtbaumaterialien bestehen. Hierzu müssen zusätzlich zu den derzeit weit verbreiteten Leichtbaumaterialien (hochfeste Stähle und Aluminium) weitere Werkstoffe mit hohem Leichtbaupotenzial in die Forschung einbezogen werden. Dies sind insbesondere Magnesium, Titan und faserverstärkte Kunststoffe.

Die besonderen Herausforderungen bestehen hierbei in der Entwicklung von hochproduktiven Fügeprozessen zur Verbindung und zur lokalen Eigenschaftsverbesserung dieser sehr unterschiedlichen Materialien. Hierbei ist das Zusammenwirken des jeweiligen mechanischen Verhaltens in hoch belastbaren Leichtbaustrukturen besonders zu berücksichtigen. Die dabei entstehenden Grenzflächen, deren Mikrostruktur und deren mechanisches Verhalten unter statischer und zyklischer Belastung stehen hierbei im Focus unserer Forschungsarbeiten. Die Bandbreite der dabei eingesetzten Methoden umfasst das gesamte Spektrum von sehr grundlegenden experimentellen und numerischen Untersuchungen auf der Mikroskala, über die Entwicklung von Prozesstechnologien für das Fügen und die lokale Modifikation, bis hin zum Bau und Erprobung von Demonstrator-Komponenten.
Relevante Anwendungen für unsere Forschung finden sich in allen Bereichen von Transport und Verkehr, insbesondere im Automobil- und Flugzeugbau.

Themen
  • Fügeverfahren (z.B. Rührreibschweißen - FSW, Laserstrahlschweißen - LBW) für Leichtbaustrukturanwendungen
  • Prozessimulation von Fügeverfahren (FSW, LBW) für Prozessentwicklung und Eigenschaftsbewertung
  • Quantitative Erfassung der Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur von Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium, Magnesium und Titanaluminiden, den Verformungs- und Schädigungsmechanismen auf Gefügeebene und den globalen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften
  • Mikromechanische Prüfung zur Aufklärung von Mechanismen auf der Mikro-Skala und experimentelle Testmethoden für die Identifizierung von Modellparametern
  • Werkstoffmodelle zur Beschreibung von Verformung, Schädigung und Rissausbreitung
  • Implementierung von Werkstoff- und Rissausbreitungsmodelle in Finite-Elemente-Programme 
  • Zuverlässigkeitsbewertung für Bauteile des Leichtbaus

 
Im Rahmen des Helmholtz-Programms "Funktionale Werkstoffsysteme" des Helmholtz-Forschungsbereiches "Schlüsseltechnologien" sind die Forschungsarbeiten des Geschäftsbereichs Werkstoffmechanik im Topic "Mechanik und Fügen von Leichtbau-Werkstoffen" eingebunden
 

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