Sp 49: Zuverlässigkeit im Maschinenbau (Gumbsch) - Fakultät für ...
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SP <strong>49</strong>: <strong>Zuverlässigkeit</strong> <strong>im</strong> <strong>Maschinenbau</strong><br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong><br />
INSTITUT FÜR ZUVERLÄSSIGKEIT VON BAUTEILEN UND SYSTEMEN<br />
FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAU<br />
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und<br />
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
www.kit.edu
Vorlesungsangebot <strong>im</strong> SP <strong>49</strong> (Teil 1)<br />
2 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Teil 2<br />
3 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Bruch, Schadensaufklärung<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Mehrstufen-Nachweiskonzept der<br />
Crashsicherheit des ICE3<br />
WERKSTOFF SUB-STRUKTUR BAUTEIL<br />
20mm<br />
Zug-, Druck-, Scherversuch<br />
statisch, dynamisch<br />
20cm<br />
Crash: Langträger,<br />
Bodenstruktur, A-Säule<br />
20m<br />
Full-Scale-Test, UIC-<br />
Kriterium 2<br />
Werkstoffgesetz<br />
Modellierung<br />
Crashverhalten<br />
voraussagbar<br />
S<strong>im</strong>ulation<br />
Probenversuche<br />
S<strong>im</strong>ulation<br />
Substruktur<br />
S<strong>im</strong>ulation<br />
Bauteilversuch<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Lebensdauervorhersage von ferritisch-austenitischen<br />
Rohrmischschweißverbindungen <strong>für</strong> moderne Kohlekraftwerke<br />
Austenit<br />
Schweißnähte<br />
Austenit<br />
Ferrit<br />
Ferrit<br />
T91<br />
Austenit<br />
1.<strong>49</strong>10<br />
Rohrversuche, zyklische Innendruck-, Zug und<br />
Temperaturbelastungen (in Phase)<br />
begleitende Zug-, Kriech- und LCF-Versuche<br />
(RT …. 650°C) <strong>für</strong> die Grundwerkstoffe, das<br />
Schweißgut und drei Gefügezustände von<br />
Wärmeinflusszonen<br />
Schweißgut<br />
NiCr20Nb<br />
Risse in<br />
der WEZ<br />
Temperaturzyklus <strong>für</strong> Rohrversuche:<br />
T min = 250°C, 3h Aufheizen auf<br />
T max = 625°C, Haltezeit 18h, 3h Abkühlen<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Versagensverhalten von Konstruktionswerkstoffen:<br />
Ermüdung und Kriechen<br />
(Kraft/<strong>Gumbsch</strong>/Gruber)<br />
Konstruktionswerkstoffe sind vielseitigen<br />
Belastungen ausgesetzt, die zu<br />
verschiedenen Ursachen und<br />
Erscheinungsformen des Versagens von<br />
Bauteilen führen.<br />
unter zyklischer Belastung tritt Ermüdung<br />
des Konstruktionswerkstoffes auf.<br />
Ermüdung kann zu<br />
Rissbildung/Rissausbreitung und letztlich<br />
zum Versagen des Bauteils führen.<br />
Kriechen ist ein langsam ablaufender<br />
Vorgang, der zu einer zeitabhängigen<br />
plastischen Verformung führt und der zu<br />
Risswachstum und/oder Porenwachstum<br />
und letztlich zum Bruch von<br />
Konstruktionswerkstoffen führen<br />
7 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Versagensverhalten von Konstruktionswerkstoffen:<br />
Verformung und Bruch<br />
(<strong>Gumbsch</strong>/Kraft/Weygand)<br />
Konstruktionswerkstoffe sind vielseitigen<br />
Belastungen ausgesetzt, die zu<br />
verschiedenen Ursachen und<br />
Erscheinungsformen des Versagens von<br />
Bauteilen führen.<br />
<strong>Sp</strong>röd-<br />
Duktil<br />
Übergang<br />
Grundlagen der Elastizitätstheorie<br />
Klassifizierung von <strong>Sp</strong>annungen<br />
Versagen durch plastische Verformung<br />
Verbundwerkstoffe<br />
Bruchmechanik<br />
Crashexper<strong>im</strong>ent<br />
und<br />
-s<strong>im</strong>ulation<br />
8 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Vorlesungsangebot <strong>im</strong> SP <strong>49</strong> (Teil 1)<br />
9 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Teil 2<br />
10 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Atomistische S<strong>im</strong>ulation und Molekulardynamik<br />
(Prof. P. <strong>Gumbsch</strong>)<br />
Ziel: Einführung in partikelbasierte<br />
S<strong>im</strong>ulationsmethoden<br />
Grundlagen der<br />
Molekulardynamik (MD)<br />
Min<strong>im</strong>ierungstechniken<br />
Zeitpropagation<br />
Thermodynamische Ensembles<br />
Wechselwirkungsmodelle<br />
Randbedingungen<br />
Auswertemethoden<br />
stress (GPa)<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
.<br />
ε = 10 7 s -1<br />
.<br />
ε = 10 8 s -1<br />
ε . = 10 9 s -1<br />
Verformungsmechanismen<br />
nanokristalliner Materialien<br />
no extended partials,<br />
dislocation embryos<br />
at grain boundaries<br />
cracks along<br />
grain boundaries<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5<br />
strain (%)<br />
11 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
2182735 – Anwendung höherer Programmiersprachen <strong>im</strong><br />
<strong>Maschinenbau</strong><br />
Vorlesung + Übung<br />
Dr. Daniel Weygand<br />
Die Beschreibung von Materialeigenschaften, zum Beispiel in finite Element Anwendungen, erfordert häufig<br />
Erweiterungen in Form von Materialroutinen <strong>für</strong> finite Element Pakete. Ziel der Vorlesung ist es, eine Einführung in<br />
höhere Programmiersprachen, Skriptsprachen und numerische Methoden zu geben, welche die Erstellung und<br />
systematische Auswertung von numerischen Fragestellungen unter UNIX/Linux ermöglichen. Anhand<br />
vorgeschlagener Programmieraufgaben werden die Elemente der Vorlesung praktisch in den Übungen umgesetzt.<br />
Lernziele:<br />
Umgang mit Linux/Unix Umgebung: Login - Organisation der Daten – Dateisystem – Shellkommandos –<br />
Jobverwaltung – Editoren<br />
Fortran 90/95 : Aufbau des Quellcodes - Programmierung – Compilation – Debuggen<br />
Parallelisierung unter OpenMP<br />
Numerische Methode<br />
Skriptsprache: awk, Python<br />
Visualisierung von Daten / Ergebnissen unter Unix<br />
Termine: Mi 14:00 – 15:30 Uhr, SR I R 104 Geb. 10.23<br />
2182736 Übung: Do 15:45 – 17:15 Uhr, Raum wird in Vorlesung bekannt gegeben<br />
Ansprechpartner:<br />
Dr. Daniel Weygand<br />
Tel.: 0721 / 608-8508<br />
daniel.weygand@kit.edu<br />
12 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Auslegung hochbelasteter Bauteile<br />
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Jarir Aktaa<br />
Stand der Technik<br />
• Regeln gängiger Auslegungsvorschriften:<br />
ASME-PVP, RCC-MR, R5 (BS), KTA<br />
• Klassische Stoffgesetze der<br />
Elasto-Plastizität und des Kriechens<br />
• Lebensdauerregeln <strong>für</strong> Kriechen, Ermüdung<br />
und Kriech-Ermüdungs-Wechselwirkung<br />
Stand der Forschung<br />
• Fortgeschrittene Stoffgesetze der<br />
Thermo-Elasto-Viskoplastizität<br />
• Kontinuumsmechanische Stoffgesetze<br />
<strong>für</strong> die Schädigung bei hohen Temperaturen<br />
• Einsatz fortgeschrittener Stoffgesetze bei<br />
der Strukturanalyse von Komponenten<br />
GP7200<br />
13 12.01.2011 J. Aktaa<br />
Institut <strong>für</strong> Materialforschung II
14 12.01.2011 J. Aktaa<br />
Institut <strong>für</strong> Materialforschung II
Prof. Böhlke<br />
15 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
16 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Einführung in die Materialtheorie (SS)<br />
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Marc Kamlah, IMF II<br />
Ziel: mathematische Beschreibung des Materialverhaltens als<br />
Grundlage <strong>für</strong> moderne Berechnungswerkzeuge<br />
Inhalte:<br />
Wiederholung von Grundlagen der Kontinuumsmechanik kleiner<br />
Deformationen<br />
Klassifizierung des Materialverhaltens von Festkörpern<br />
Stoffgesetze der<br />
Elastizität<br />
Viskoeleastizität<br />
Plastizität<br />
Viskoplastizität<br />
Thermoelestizität<br />
Piezoelektrizität<br />
Mathematische Form, Eigenschaften, spezielle Lösungen<br />
17 12.01.2011
Grundlagen der nichtlinearen<br />
Kontinuumsmechanik (WS)<br />
apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Marc Kamlah, IMF II<br />
Ziel: Einführung in die Kontinuumsmechanik als allgemeiner Rahmen<br />
<strong>für</strong> multiphysikalische Kontinuumstheorien<br />
Inhalte:<br />
Mathematische Grundlagen: Tensoralgebra und –analysis<br />
Kinematik<br />
Materielle Körper und Bewegung<br />
Deformation, Verzerrung<br />
Geometrische Linearisierung<br />
Bilanzgleichungen<br />
Transporttheoreme, Allgemeine Struktur einer Bilanzrelation<br />
Bilanzrelationen der Kontinuumsmechanik<br />
Bilanzrelationen der Thermodynamik<br />
<strong>Sp</strong>ezielle Theorien der Kontinuumsmechanik<br />
18 12.01.2011
FEM Workshop - Stoffgesetze<br />
M. Weber, A. Haug, D. Weygand<br />
Zielstellung:<br />
Wiederholung theoretischer Grundlagen und Vermittlung<br />
praxisorientierter Aspekte der Werkstoffmodellierung<br />
Veranstaltungsmodus:<br />
Ergänzung zu „Einfuḧrung in die Materialtheorie“ (SS)<br />
und als Einzelveranstaltung mit den Themen:<br />
Einführung in die FEM-Grundlagen und<br />
grundlegende Stoffgesetzklassen<br />
Einführung in das Programmpaket ABAQUS<br />
S<strong>im</strong>ulation von Zugversuchen bei elastischen<br />
und plastischen Werkstoffeigenschaften<br />
Berücksichtigung zeitabhängigen Materialverhaltens<br />
19 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
20 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Prof. Böhlke<br />
21 12.01.2011<br />
ITM
Prof. Böhlke<br />
Prof. Böhlke<br />
22 12.01.2011<br />
ITM
Prof. Böhlke<br />
23 12.01.2011<br />
ITM
Größeneffekte in mikro- und<br />
Nanostrukturierten Materialien<br />
Dozenten: Prof. P. <strong>Gumbsch</strong>, Dr. D. Weygand, Dr. C. Eberl, Dr. P. Gruber, Dr. M.<br />
Dienwiebel<br />
Nanotubes<br />
Größeneffekte in metallischen Strukturen<br />
Dünne Schichten:<br />
Herstellung,<br />
exper<strong>im</strong>entelle Methoden<br />
Materialeigenschaften<br />
Mikroproben:<br />
Größeneffekt<br />
Modellierung des Größeneffektes<br />
Haftschichten: Gecko<br />
Keramiken<br />
Nanotribologie<br />
24 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Mechanik von Mikrosystemen<br />
C. Eberl und P. Gruber<br />
• Verständnis mechanischer<br />
Phänomene in kleinen<br />
D<strong>im</strong>ensionen<br />
Smaller is stronger<br />
Produkt<br />
• Materialien und deren<br />
Eigenschaften <strong>für</strong> Mikrosysteme<br />
• Messung mechanischer<br />
Eigenschaften von<br />
Mikrostrukturen und ‐materialien<br />
• Wirkprinzipien mechanischer<br />
Sensoren<br />
Eigenschaften<br />
Wirkprinzip<br />
Testen<br />
Testen<br />
• Wirkprinzipien Mikroaktoren<br />
25<br />
IZBS, VNr.: 2181710, Kat.: E, SWS: 2, LP: 4<br />
Institut <strong>für</strong> <strong>Zuverlässigkeit</strong> von Bauteilen und Systemen
2183702 – Mikrostrukturs<strong>im</strong>ulation<br />
Vorlesung mit begleitender Übung / Rechnerpraktikum<br />
Prof. Dr. Britta Nestler, Abhik Choudhury<br />
Umfang: 3 SWS, <strong>Sp</strong>rache: Deutsch/Englisch, Prüfung: Klausur 90 Minuten<br />
Inhalte:<br />
Grundlagen: Thermodynamik und Konstruktion von Phasendiagrammen<br />
Grundlagen: Phasenumwandlungsprozessen<br />
(flüssig-fest und fest-fest Systemen)<br />
Beobachtete Mikrostrukturen in Werkstoffen<br />
Mechanismen der Gefügeausbildung<br />
polykristalline Korngefüge<br />
mehrphasige Mikrostrukturen (Eutektika, Peritektika, etc.)<br />
Wärme- und Stoffdiffusion<br />
Phasenfeldmodellierung und -s<strong>im</strong>ulation<br />
Erweiterung der Phasenfeldmodellierung um weitere<br />
physikalische Felder<br />
Termin: Mo 9:45-11:15, HS 150 (Mittl. HS), Geb. 10.91<br />
Ansprechpartner: Prof. Dr. Britta Nestler, britta.nestler@kit.edu,<br />
Abhik Choudhury, abhik.choudhury@hs-karlsruhe.de<br />
Institut <strong>für</strong> <strong>Zuverlässigkeit</strong> von Bauteilen und Systemen (izbs)
2183703 – Modellierung und S<strong>im</strong>ulation<br />
Vorlesung mit begleitender Übung / Rechnerpraktikum<br />
Prof. Dr. Britta Nestler<br />
Umfang: 3SWS, <strong>Sp</strong>rache: Deutsch, Prüfung: Klausur 90 Minuten<br />
Inhalte:<br />
<strong>Sp</strong>lines, Interpolationverfahren, Taylorreihe<br />
Finite Differenzenverfahren<br />
Dynamische Systeme, gewöhnliche Differenzialgleichungen<br />
Raum-Zeit-Probleme, Numerik partieller Differenzialgleichungen<br />
Stoff- und Wärmediffusion<br />
Werkstoffs<strong>im</strong>ulation<br />
parallele und adaptive Algorithmen<br />
Hochleistungsrechnen<br />
Computerpraktikum<br />
Termin: Di 11:30 – 13:00 Uhr<br />
Ort: Hochschule Karlsruhe, Moltkestr. 30, Gebäude E, 3. OG, Raum 303<br />
Ansprechpartner: Prof. Dr. Britta Nestler, britta.nestler@kit.edu<br />
Institut <strong>für</strong> <strong>Zuverlässigkeit</strong> von Bauteilen und Systemen (izbs)
Werkstoffmodellierung: versetzungsbasierte Plastizität<br />
(Dr. D. Weygand)<br />
Ziel:<br />
Verformungsverhalten aufgrund der<br />
kollektiven Versetzungsbewegung zu<br />
verstehen und zu beschreiben<br />
1mm<br />
Elastische Felder von Versetzungen<br />
Abgleiten, Kristallographie<br />
Bewegungsgesetze von Versetzungen<br />
in kfz und krz Materialien<br />
Wechselwirkung zwischen<br />
Versetzungen<br />
1µm<br />
Versetzungsdynamik in 2 und 3<br />
D<strong>im</strong>ensionen<br />
n 2<br />
X<br />
Z<br />
Y<br />
Kontinuumsbeschreibung von<br />
Versetzungen<br />
Mikrostrukturentwickung –<br />
Gefügeentwicklung – Kornwachstum<br />
b 2<br />
b 1<br />
n 1<br />
100 nm<br />
28 12.01.2011<br />
Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong> SP 47
Konstruktiver Leichtbau (IPEK)<br />
Vorlesung <strong>im</strong> SS (2SWS)<br />
Vermittlung von<br />
Grundlagen des Leichtbaus<br />
klassische und moderne konstruktive Leichtbaumethoden<br />
INHALTE<br />
30<br />
Allgemeine Aspekte des Leichtbaus<br />
Leichtbaustrategien und -konstruktion<br />
Gestaltungsprinzipien<br />
Versteifungsmethoden<br />
Leichtbaumaterialien<br />
Virtuelle Produktentwicklung<br />
Bionik<br />
Validierung<br />
Recycling<br />
Sicht der Praxis (Industrie-Gastdozenten)<br />
Ansprechpartner: N. Burkardt, norbert.burkardt@kit.edu<br />
N. Majic, neven.majic@kit.edu<br />
Felge aus CFK
S<strong>im</strong>ulation <strong>im</strong> Produktentstehungsprozess<br />
ITM, IPEK, IMI<br />
Näherungsverfahren der Mechanik<br />
Materialmodellierung<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Tom-Alexander Langhoff<br />
INHALTE<br />
Einordnung in den Produktentstehungsprozess<br />
Kopplung der Methoden zu einem Prozess<br />
Strukturopt<strong>im</strong>ierung<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Benjamin Hessenauer<br />
Modellbildung heterogener technischer Systeme<br />
Virtualisierungstechnologien<br />
digitale Fabrik<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Thomas Maier<br />
31
2181738 – Wissenschaftliches Programmieren<br />
<strong>für</strong> Ingenieure<br />
Vorlesung (Wahlpflichtfach oder Ergänzungsfach)<br />
Dr. Daniel Weygand, Prof. Dr. Peter <strong>Gumbsch</strong><br />
Ziel der Vorlesung ist es, das theoretische und praktische Grundwissen des wissenschaftlichen Rechnens zu vermitteln und<br />
es den Studenten zu ermöglichen, die Analyse und die numerische Behandlung einer wissenschaftlichen Fragestellung<br />
erfolgreich durchzuführen. Anhand der vorgeschlagene Programmieraufgabe, der Entwicklung einer einfachen<br />
Teilchendynamiks<strong>im</strong>ulation, werden alle Elemente eines S<strong>im</strong>ulationsprogramms exemplarisch behandelt.<br />
Es sind keine speziellen Vorkenntnisse erforderlich.<br />
Lernziele:<br />
Umgang mit Linux/Unix Umgebung: Login - Organisation der Daten – Dateisystem – Shellkommandos – Jobverwaltung –<br />
Editoren<br />
Erlernen der Grundelemente der Programmiersprache C++ : Aufbau des Quellcodes - Programmierung – Compilation –<br />
Debuggen<br />
Umgang mit Bibliotheken, Visualisierung: STL – BLAS -- VTK<br />
Konzeption eines Programms: Partikeldynamik<br />
Visualisierung von Daten / Ergebnissen unter Unix<br />
Termin: Mi 14:00 – 15:30 Uhr; Ort: Oberer HS, Geb. 10.91<br />
Übung: Mi 15:45 – 17:15 Uhr, Veranstaltungsort wird in der Vorlesung bekannt gegeben<br />
Ansprechpartner:<br />
Dr. Daniel Weygand<br />
daniel.weygand@kit.edu<br />
Institut <strong>für</strong> <strong>Zuverlässigkeit</strong> von Bauteilen und Systemen (izbs)
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