Werkstoffe und Materialien

So vielfältig die Produkte und Bauteile sind, für die wir unsere Simulationen anbieten, so vielfältig sind auch die eingesetzten Materialien und Werkstoffe. Für alle diese Materialien, wie Metalle, Kunststoffe oder beliebige andere Werkstoffe, gilt, dass die Basis einer erfolgreichen und aussagekräftigen Berechnung und Simulation immer eine geeignete, möglichst detaillierte Definition der Materialeigenschaften ist. Diese Beschreibung umfasst über die typische, elastische Beschreibung hinaus das nichtlineare, plastische Verformungsverhalten bis hin zum Versagensverhalten bei Bruch, das insbesondere in der expliziten Simulation von zentraler Bedeutung ist. Bei dieser nichtlinearen Beschreibung sind zusätzliche Effekte wie Temperaturabhängigkeit, Dehnratenabhängigkeit, dynamische Verfestigung und Mehrachsigkeit (Triaxialität) zu erfassen sowie mögliche Einflüsse aufgrund der Herstellung und Halbzeuge zu berücksichtigen.

Unsere Dienstleistungen zum Thema Werkstoffe und Materialien:

Erstellung von Materialkarten für die explizite Crash- und Containment Simulation
Umsetzung von Materialdaten in den gewünschten CAE Code (LS-Dyna, Abaqus, Radioss, PAM-Crash)
Verwendung belastungsgerechter Materialbeschreibungen (Johnson-Cook, Gurson und GISSMO mit MAT_ADD_EROSION)
Verifikation der Materialdefinition / Abgleich der Materialeigenschaften
Empfehlungen zur belastungsgerechten Werkstoffauswahl
Optimierung des Materialeinsatzes

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Da die Einsatzmöglichkeiten für die CAE Simulation nahezu unbegrenzt sind, kommt dabei eine Fülle von Werkstoffen und Materialen zum Einsatz. Das Spektrum reicht von typischen Stählen und Eisenwerkstoffen über Nichteisenmetalle wie Aluminimum, Magnesium und Titan, über Kunststoffe wie Thermoplaste und Duroplaste bis hin zu Schäumen oder Textilien und Geweben. Für die Werkstoffauswahl kommen konstruktive Fragen wie das Belastungsverhalten unter Kräften, Deformationen und Temperaturen, aber auch Aspekte wie Fertigung und Herstellbarkeit und natürlich stets die Wirtschaftlichkeit zum Tragen.

Für die CAE Simulation ist eine hohe Qualität der Materialdefinitionen von zentraler Bedeutung, um sowohl das lineare als auch das nichtlineare Verformungsverhalten der Werkstoffe und insbesondere eine Schädigung mit extremen Deformationen, Rissen und Brüchen abbilden zu können. So ist eine zentrale Aufgabe die Erstellung von Materialkarten auf Basis von Proben- und Bauteilversuchen sowie die Verifikation dieser sogenannten Materialdecks.

Um den komplexen Anforderungen bei der Materialbeschreibung gerecht zu werden, bedarf es einiger Erfahrung sowie ständiger Weiterbildung. Zusätzlich beteiligen wir uns an einer Vielzahl von Forschungsvorhaben, die sich mit der Charakterisierung unterschiedlicher Werkstoffe unter unterschiedlichen Anforderungen durch numerische Ansätze und Beschreibungen beschäftigen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Werkstoffen für Turbomaschinen wie Guss- und Schmiedewerkstoffen. So leiteten wir beispielsweise als Obmann das Forschungsthema 0936 „Containment Sicherheit“ der FVV – ‘science for a moving society‘, vormals Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen, bei dem Aluminium- und Eisengusswerkstoffe im Detail unter statischer und dynamischer Belastung an Proben bis hin zum Durchschlag anhand von Projektilen bei moderaten Temperaturen für Verdichter und bei hohen Temperaturen für Turbinen untersucht und für die numerische Anwendung in der Containment Simulation mittels einer geeigneten Materialbeschreibung charakterisiert wurden.

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