Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Bauteilsicherheit und Leichtbau
Die Bewertung der Sicherheit und der Gebrauchseignung von Bauteilen mit hohen sicherheitstechnischen Anforderungen unter betriebsrelevanten Beanspruchungen stehen im Mittelpunkt unseres Aufgabenspektrums. Die Palette der Anwendungen reicht von Sicherheitsnachweisen von Kraftwerkkomponenten über den Nachweis der Fehlertoleranz von Bauteilen der Raumfahrt, der Lebensdaueranalyse von thermomechanisch beanspruchten Komponenten in Kraftwerken und Automobilen bis zur Crashanalyse von Fahrzeugkomponenten, wobei neben dem Einsatzverhalten moderner Werkstoffe auch Fügeverbindungen und Hybridbauweisen von zentraler Bedeutung sind.
Schwerpunkte der Arbeiten sind zum einen die Weiterentwicklung bruchmechanischer Bewertungskonzepte unter Berücksichtigung der jeweiligen bauteilrelevanten Beanspruchungssituation und der Streuung der Werkstoffeigenschaften und Fehlergrößen. Zum anderen werden für die verschiedensten Anwendungen Mechanismen basierte Werkstoffmodelle zur Beschreibung des Verformungs- und Versagensverhaltens von Bauteilen unter thermischer und mechanischer Beanspruchung entwickelt und eingesetzt. In der Crashanalyse findet der Einfluss des jeweiligen Herstellungsprozesses auf das Versagensverhalten von Automobilstrukturen zunehmend Berücksichtigung. Für völlig neuartige Materialeigenschaften entwerfen wir künstliche Meso- und Meta-Materialien und stellen sie in kleinen Demonstratoren her.
Zur Charakterisierung der verschiedensten Werkstoffe und Bauteile bei relevanten Temperaturen und Belastungsgeschwindigkeiten stehen umfangreiche Prüfeinrichtungen zur Verfügung. Zur Untersuchung mechanischer Materialeigenschaften in kleinen Dimensionen, beispielsweise für Randeigenschaften, entwickeln wir unsere experimentelle Technik für extrem kleinvolumige Proben kontinuierlich weiter. Die experimentellen Ergebnisse dienen als Basis für die Entwicklung und Verifizierung von Werkstoffmodellen und Versagenskonzepten, mit denen rechnerisch das Bauteilverhalten beschrieben werden kann.
Leistungen
- Entwicklung von Bewertungskonzepten für Kraftwerkskomponenten und Maschinenbauteile
- Bruchmechanische Sicherheitsanalysen, Bewertungen der Fehlertoleranz sowie Traglastberechnungen für hochbelastete und sicherheitsrelevante Bauteile
- Charakterisierung von Werkstoffen und Bauteilen unter praxisrelevanten Beanspruchungen von statischer, über thermomechanischer bis zur schlagartigen, dynamischen Belastung
- Lebensdauermodelle für Hochtemperaturkomponenten der Fahrzeug- und Kraftwerksindustrie
- Lebensdauerbewertungen für Schweißverbindungen
- Crashsimulation von Automobilkomponenten mit maßgeschneiderten Werkstoffmodellen
- Bewertung von Schweiß- und Hybridfügeverbindungen unter Crashbelastung
- Charakterisierung und Modellierung von Kunststoffen und Klebverbindungen unter Crashbelastung
- Meso- und mikromechanische lokale Eigenschafts- und Lebensdauerbestimmung
- Entwurf und Herstellung von künstlichen Meso- und Meta-Materialien mit neuartigen Eigenschaften
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Die Partnerinstitute im Forschungsfeld Leichtbau tragen durch die Erforschung und Entwicklung von Fertigungsverfahren sowie Analyse- und Bewertungsmethoden zu konzeptionellen und technischen Lösungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bei.
Kundenspezifische Fragestellungen werden unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Aspekte bearbeitet. Durch die Bündelung von Kompetenzen aus 14 Fraunhofer-Instituten können Lösungen aus einer Hand angeboten werden.
Abgerundet wird das Portfolio durch ein umfassendes Weiterbildungsangebot aus spezifisch zugeschnittenen Modulen.
Dr. Michael Luke ist der derzeitige Sprecher des Fraunhofer Forschungsfeldes Leichtbau.
- Zum Forschungsfeld Leichtbau (leichtbau.fraunhofer.de)
