Teilprojekt C5

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Meso- und makroskopische Modellierung, Simulation und numerische Homogenisierung des Materialverhaltens metallischer Werkstoffe in der additiven Fertigung

Thermo-mechanische FE-Simulation der Abkühlung einer typischen Mesostruktur aus im SEBM-Verfahren gefertigten TiAl6V4 von 1700 C° bis 900 C°. Ausgehend von einem spannungsfreien Zustand sind von links oben nach rechts unten die v.Mises Vergleichspannungen im Temperaturintervall von 1600 C° bis 900 C° exemplarisch dargestellt.

Werden metallische Pulver als Ausgangsmaterial in strahlbasierten Fertigungsverfahren eingesetzt, so ist die resultierende Mesostruktur des erstarrten Materials, d.h. die Geometrie (Gestalt, Größe) der Kristallkörner und deren Orientierung (Textur), stark von der Richtung und Größe des Temperaturgradienten an der Erstarrungsfront abhängig. Das Ziel dieses Teilprojekts ist die kontinuums-thermo-mechanische Modellierung und Simulation des Materialverhaltens unter Berücksichtigung der prozess-induzierten Mesostruktur. Dazu wird auf der Mesoskala eine gradienten-erweiterte Kristall-Plastizitätsformulierung eingesetzt und die mesoskopischen Größen werden mit Hilfe numerischer Homogenisierung, sowohl für das isotherme Gebrauchsverhalten nach dem Prozess als auch für den Abkühlvorgang während des Prozesses, der in Eigenverzerrungen und zugehörigen Eigenspannungen resultiert, auf die Makroskala transferiert.

 

Professor Steinmann
Professor Mergheim
Kergassner""

Prof. Dr.-Ing. habil. Paul Steinmann
Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Paul-Gordan-Straße 3
91052 Erlangen
paul.steinmann@ltm.uni-erlangen.de

Prof. Dr.-Ing. Julia Mergheim
Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Egerlandstr. 5
91058 Erlangen
julia.mergheim@ltm.uni-erlangen.de

Andreas Kergaßner, M.Sc.
Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Egerlandstr. 5
91058 Erlangen
andreas.kergassner@ltm.uni-erlangen.de