TRR 30 - Prozessintegrierte Herstellung funktional gradierter Strukturen auf der Grundlage thermo-mechanisch gekoppelter Phänomene

Der Erhalt industrieller Fertigungsstrukturen für die Herstellung hochwertiger Massengüter - auch unter den in den westlichen Industrieländern typischen Hochlohnbedingungen - kann nur durch außerordentliche Innovationsleistungen erreicht werden. Die aus der komplexen Interaktion thermischer und mechanischer Wirkmechanismen resultierenden Kopplungsphänomene 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 möglichen Flexibilisierung der geometrischen Produkteigenschaften unter gleichzeitig effizienten Prozessbedingungen, sondern vor allem in einer weitgehenden Flexibilisierung der sich während der Formgebung kontrolliert einstellenden Mikrostruktur. In diesem Zusammenhang sind in besonderem Maße 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 Prozessgestaltungsansätze reicht es jedoch nicht aus, den Zusammenhang zwischen charakteristischen Produktmerkmalen und den zugehörigen thermo-mechanischen Bedingungen der Produktherstellung mit experimentell begründeter Untersuchungsmethodik zu erfassen. Vielmehr gilt es, der Komplexität der hierbei zum Tragen kommenden Wechselwirkungsmechanismen mittels weiterentwickelter Modellierungsmethodik einschließlich geeigneter mathematisch-numerischer Lösungsverfahren zu begegnen; erst dann wird es langfristig möglich, 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 örtlich und zeitlich veränderlicher Temperatur- und Spannungszustände (Teilprojektleiterin Weidig, Ursula)

A02 - Thermo-mechanische Weiterverarbeitung von höherfesten 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 eigenverstärkter thermoplastischer Gradientenwerkstoffe (Teilprojektleiter Heim, Hans-Peter)

A07 - Thermisch unterstütztes inkrementelles Umformen von rohr- und blechförmigen Werkstücken mit prozessintegrierter Wärmeerzeugung (Teilprojektleiter Homberg, Werner)

A08 - Gradierte Strukturen in amorphen Kunststoffen: Herstellung von eigenverstärktem Polycarbonat (Teilprojektleiter Schöppner, 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 Mikrostrukturänderungen 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, Jörn; 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 Mehrphasenströmungen 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 - Dämpfungsverhalten thermo-mechanisch gradierter Werkstoffe (Teilprojektleiter Göken, 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 Gräßler, 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 Universität Kassel

Mitantragstellende Institution Technische Universität Dortmund; Universität Paderborn

Sprecher Professor Dr.-Ing. Hans-Peter Heim