Helmholtz Forschungsbereich: Information

Institut für Werkstoffsystem-Modellierung

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Am Institut für Werkstoffsystem-Modellierung wird an der Digitalisierung von Prozessen gearbeitet. Dabei werden verschiedene gekoppelte physikalische Phänomene betrachtet und mit numerischen Verfahren abgebildet. Dies geschieht auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen. Moderne computerorientierte Verfahren wie maschinelles Lernen können dabei Zusammenhänge aufdecken, die bislang unbekannt waren.
Moderne Prüf- und Charakterisierungsmethoden liefern Informationen über die innere Struktur von Stoffen, die in die Modellierung von Umformprozessen, des Verhaltens von Strukturen unter Betriebsbedingungen sowie in Unfallszenarien einfließen. Hier entwickelte effiziente numerische Modelle werden in zunehmenden Maß zur Vorhersage eingesetzt und erlauben eine Optimierung von Prozessen und Strukturen „im Rechner“.

Profil

Moderne Verfahren der Werkstoffcharakterisierung und Konzepte der Bauteilbewertung sind ohne den Einsatz numerischer Methoden nicht mehr denkbar. Sie ermöglichen eine Erweiterung der Aussagefähigkeit von Experimenten, und sie sind unumgänglich,

  • wenn Experimente an realen Bauteilen auf Grund ihrer Größe oder komplizierter Belastungsbedingungen nicht oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand oder unkalkulierbarem Sicherheitsrisiko möglich sind,
  • wenn Parameterstudien, wie Variation von Materialkennwerten oder Lastannahmen durchzuführen sind und
  • wenn erhöhte Anforderungen an die Betriebssicherheit bei gleichzeitiger optimaler Ausnutzung des Werkstoffs gestellt werden.
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Numerische Simulationen sind aber immer nur so aussage- und leistungsfähig wie die ihnen korrespondierenden Modelle. Die moderne Werkstoffforschung und -anwendung setzt deshalb eine hohe Kompetenz auf dem Gebiet der Modellierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens unter äußeren Einwirkungen voraus. Dabei sind die Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur und den globalen technologischen Eigenschaften von Konstruktionswerkstoffen von besonderer Bedeutung.

Für Spannungs- und Verformungsanalysen komplexer Strukturen hat sich die Methode der finiten Elemente (FEM) als flexibles und leistungsfähiges Instrument bewährt. Kommerziell verfügbare Programme, z. B. ABAQUS oder ANSYS , bieten jedoch nur den jeweils als gesichert geltenden Stand der Wissenschaft auf dem Gebiet der Stoffgleichungen an. Die Weiterentwicklung von Materialmodellen zur Beschreibung von Verformungen und Schädigung gehört deshalb zu den notwendigen Aufgaben jeder Werkstoffforschung.

Abteilungsziele