TRR 30 - Prozessintegrierte Herstellung funktional gradierter Strukturen auf der Grundlage thermo-mechanisch gekoppelter Ph?nomene

Der Erhalt industrieller Fertigungsstrukturen für die Herstellung hochwertiger Massengüter - auch unter den in den westlichen Industriel?ndern typischen Hochlohnbedingungen - kann nur durch au?erordentliche Innovationsleistungen erreicht werden. Die aus der komplexen Interaktion thermischer und mechanischer Wirkmechanismen resultierenden Kopplungsph?nomene bergen gerade im Kontext moderner industrieller Fertigungsprozesse der Kunststoff- und Metallformgebung ein im Hinblick auf den hieraus ableitbaren Gestaltungsfreiraum bisher kaum erschlossenes Zukunftspotenzial. Dabei ist es das ausgewiesene Forschungsziel des vorliegenden Verbundvorhabens, über neuartige hybride thermo-mechanische Varianten zu solchen mikro- und makrostrukturellen Produktstrukturen zu gelangen, die mittels konventioneller Strategien bisher gar nicht oder nur unter nicht wirtschaftlichen Rahmenbedingungen erreichbar sind.

Der Neuheitsgrad liegt nicht nur in einer m?glichen Flexibilisierung der geometrischen Produkteigenschaften unter gleichzeitig effizienten Prozessbedingungen, sondern vor allem in einer weitgehenden Flexibilisierung der sich w?hrend der Formgebung kontrolliert einstellenden Mikrostruktur. In diesem Zusammenhang sind in besonderem Ma?e auch solche Gestaltungsaspekte von Bedeutung, die einer dem Produktanwendungsprofil angepassten funktionalen Gradierung Rechnung tragen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereich/Transregio 30 soll mit dieser Vorgehensweise somit ein neuartiger Ansatz zur Herstellung funktional gradierter Bauteile begründet werden.

Zur nachhaltigen Etablierung so gearteter neuartiger Produkt- und Prozessgestaltungsans?tze reicht es jedoch nicht aus, den Zusammenhang zwischen charakteristischen Produktmerkmalen und den zugeh?rigen thermo-mechanischen Bedingungen der Produktherstellung mit experimentell begründeter Untersuchungsmethodik zu erfassen. Vielmehr gilt es, der Komplexit?t der hierbei zum Tragen kommenden Wechselwirkungsmechanismen mittels weiterentwickelter Modellierungsmethodik einschlie?lich geeigneter mathematisch-numerischer L?sungsverfahren zu begegnen; erst dann wird es langfristig m?glich, solche Prozesse hinsichtlich ihres Verlaufes wirklichkeitsnah zu prognostizieren und damit die zur reproduzierbaren Erreichung der angestrebten Produkteigenschaften notwendigen statischen und dynamischen Prozessgestaltungsmerkmale vorherzusehen und ggf. in entsprechende computergestützte Gestaltungs- und Kontrollhilfsmittel zu überführen.

DFG-Verfahren Transregios

Abgeschlossene Projekte

A01 - Untersuchung der plastischen Formgebung unter Einfluss ?rtlich und zeitlich ver?nderlicher Temperatur- und Spannungszust?nde (Teilprojektleiterin Weidig, Ursula)

A02 - Thermo-mechanische Weiterverarbeitung von h?herfesten Aluminiumwerkstoffen beim Strangpressen (Teilprojektleiter Tekkaya, A. Erman)

A03 - Experimentelle und simulative Analyse der spanenden Bearbeitung inhomogener Werkstücke (Teilprojektleiter Biermann, Dirk; Zabel, Andreas)

A04 - In-Prozess-Herstellung und Applikation von horizontal-vertikal gradierten Schichtgefügestrukturen auf Werkzeugen unter Einsatz von PVD- und Thermischen Spritzverfahren (Teilprojektleiter Tillmann, Wolfgang)

A05 - Thermo-mechanischer Umformprozess eigenverst?rkter thermoplastischer Gradientenwerkstoffe (Teilprojektleiter Heim, Hans-Peter)

A07 - Thermisch unterstütztes inkrementelles Umformen von rohr- und blechf?rmigen Werkstücken mit prozessintegrierter W?rmeerzeugung (Teilprojektleiter Homberg, Werner)

A08 - Gradierte Strukturen in amorphen Kunststoffen: Herstellung von eigenverst?rktem Polycarbonat (Teilprojektleiter Sch?ppner, Volker)

B01 - Thermo-rheologische Materialmodellierung von Kunststoffen mit nichtlinearen Stoffgesetzen (Teilprojektleiter Mahnken, Rolf; Wünsch, Olaf)

B02 - Simulation von Hybridumformprozessen unter Berücksichtigung des Thermoschockverhaltens im Werkzeug sowie von Phasenumwandlungen im Werkstück (Teilprojektleiter Mahnken, Rolf)

B03 - Dynamische Mikrostruktur?nderungen in thermo-mechanisch gekoppelten Prozessen (Teilprojektleiter Schaper, Mirko)

B04 - Modellierung und Simulation des Material- und Bauteilverhaltens von Aluminiumlegierungen bei thermo-mechanisch gekoppelten Herstellungsprozessen (Teilprojektleiter Mosler, J?rn; Svendsen, Robert)

B05 - Modellierung und Simulation von gekoppelten thermoplastischen und thermoviskosen Strukturgestaltungs- und Formgebungsprozessen (Teilprojektleiter Matzenmiller, Anton)

B06 - Modellierung und Simulation thermo-mechanisch induzierter Phasentransformationen in Stahlwerkstoffen (Teilprojektleiter Bartel, Thorsten; Menzel, Andreas)

C01 - Zeitadaptive Berechnung finiter thermo-viskoplastischer Strukturen (Teilprojektleiter Kuhl, Detlef)

C02 - Asymptotik basierte Simulation thermo-mechanischer Abkühlprozesse (Teilprojektleiter Meister, Andreas)

C03 - Effiziente Numerik nicht-isothermer hochviskoser Mehrphasenstr?mungen zur Simulation des Herstellungsprozesses gradierter Kunststoffe (Teilprojektleiter Turek, Stefan)

D01 - Risswachstum in gradierten Materialien und Strukturen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Kullmer, Gunter; Richard, Hans Albert; Specovius-Neugebauer, Maria)

D02 - Analyse und Wirkungen von Eigenspannungen in Werkzeugen und Bauteilen bei thermomechanisch gekoppelten Bearbeitungsprozessen (Teilprojektleiter Scholtes, Berthold; Zinn, Wolfgang)

D03 - D?mpfungsverhalten thermo-mechanisch gradierter Werkstoffe (Teilprojektleiter G?ken, Jürgen; Steinhoff, Kurt)

D04 - Ermüdungsverhalten von gradierten Gefügen (Teilprojektleiterin Brückner-Foit, Angelika)

D05 - Synthese und multikriterielle modellgestützte Optimierung von Prozessketten zur Herstellung von Bauteilen mit funktional gradierten Eigenschaften (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Gr??ler, Iris; Wagner, Tobias)

D06 - Statistische Analyse des Ermüdungsverhaltens von gradierten Materialien (Teilprojektleiterinnen Brückner-Foit, Angelika; Müller, Christine H.)

MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiter Wünsch, Olaf)

Z - Zentrale Aufgaben (Teilprojektleiter Heim, Hans-Peter)

Antragstellende Institution Universit?t Kassel

Mitantragstellende Institution Technische Universit?t Dortmund; Universit?t Paderborn

Sprecher Professor Dr.-Ing. Hans-Peter Heim