Masterarbeit (abgeschlossen)

Aferdita Xhuraj

CompEng

Homogenisierung von Materialschädigungen zur effizienten Berechnung der strukturellen Integrität von Bauteilen

Beim Gießen (z.B. Druckguss) können Lunker durch kalte Formen, niedrige Metalltemperatur, fehlende Entlüftung usw. verursacht werden. Gussfehler sind eine unerwünschte Unregelmäßigkeit in einem Metallgussverfahren und führen zu einer Herabsetzung der Bauteilfestigkeit. Solche Fehler können nie ganz vermieden werden. Der Ingenieur muss die Frage beantworten, ob die Defekte die strukturelle Integrität des Bauteils signifikant herabsetzen. Zu diesem Zweck kann die vorhandene Defektverteilung durch Computertomographie ermittelt und in Berechnungen einbezogen werden. Dieses Verfahren ist jedoch schwierig, zeitaufwendig und teuer.

In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie Defekte unterschiedlicher Größe, Form und Verteilung durch eine homogene Struktur ersetzt werden können, um eine vereinfachte Berechnung der Bauteilbelastung zu ermöglichen. Hierzu werden zunächst Finite-Elemente-Modelle für Bauteile mit unterschiedlichen Defekten in Form von zufällig verteilten Hohlräumen automatisch erzeugt und berechnet. Die erhaltenen Spannungsverteilungen werden quantitativ bewertet.

Danach werden die Defektzonen homogenisiert und mit Hilfe von veränderten Materialparametern so modelliert, dass sich äquivalente Spannungsverteilungen außerhalb der Defektzonen ergeben. Hierzu werden verschiedene Möglichkeiten für die Homogenisierung und die Anpassung der Parameter untersucht.

Das Verfahren wird zunächst an einfachen Defektgeometrien kalibriert und danach auf komplexere Strukturen angewendet. Die Umsetzung erfolgt in der Programmiersprache Julia.

Lehrstuhl und Betreuer

Lehrstuhl für Mechanik - Materialtheorie
(Prof. Dr. rer. nat. Klaus Hackl)

Betreuung

Dr.-Ing. Ulrich Hoppe