Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthDas Fraunhofer-Zentrum HTL bietet das Design von Bauteilen und die zugehörige Materialauswahl als Beratungsleistung an. Zur Spannungs- und Verformungsberechnung sind kommerziell verfügbare Finite-Elemente (FE)-Programme (ANSYS, COMSOL) sowie Anbindungen an CAD und CAE Tools vorhanden. Das HTL erarbeitet spannungsarme Konstruktionen durch die Simulation von mechanischen und thermischen Lastfällen und nutzt dazu auch automatisierte Verfahren zur Topologieoptimierung. Die Materialauswahl erfolgt nach Kundenwunsch, kann aber auch passend zum Bauteildesign mit systematischen Methoden am HTL erfolgen. Bauteildesigns können nach den Anforderungen der Kreislaufwirtschaft so erfolgen, dass ein Austausch einzelner Komponenten und eine Wiederverwendung weniger belasteter Teile vereinfacht werden: Design to Disassembly. Nach Auswahl geeigneter Materialien können die Bauteile in fertigungs- und materialgerechte Designs überführt werden. Dies umfasst neben den üblichen Fertigungsverfahren auch additive Verfahren. Auch materialspezifische Eigenschaften, wie z.B. eine keramikgerechte Konstruktion, finden hierbei Berücksichtigung. Bei Bedarf werden entsprechende Prototypen und Kleinserien am HTL hergestellt und getestet.
Anwendungen:
Keramik / CMC
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Anwendungen:
Keramik / CMC
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Anwendungen:
Keramik / CMC
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Anwendungen:
Keramik / CMC
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Bauteildesign
Die Simulation des Einsatzverhaltens umfasst Belastungen durch statische Temperaturgradienten oder Thermoschock bzw. Temperaturwechsel sowie alle Arten von mechanischen Lasten und Kombinationen aus thermischen und mechanischen Lastfällen. Dabei können im Rahmen der FE-Analysen auch die Materialermüdung berücksichtigt und Lebensdauerprognosen erstellt werden. Die benötigten Materialdaten werden, falls noch nicht bekannt, durch mechanische und thermische Charakterisierungsmethoden bestimmt. Bei der Bauteilauslegung können auch anisotrope Materialeigenschaften berücksichtigt werden. Auf der Basis von FE-Analysen werden Schwachpunkte des Bauteils erkannt und eine für den spezifischen Bauteileinsatz optimale Geometrie identifiziert.
Keramische und metallische Bauteile können mit unterschiedlichen Fügeverfahren kombiniert werden, um die spezifischen Vorteile beider Materialklassen zu nutzen (Publikation: Joining of Ceramic and Metal Parts). Hierbei berücksichtigt die Bauteilauslegung das unterschiedlich starke Ausdehnungsverhalten und die besonderen Anforderungen einer lastgerechten Verbindungstechnik. Mittels Computertomografie können bereits vorhandene Bauteile exakt vermessen und diese Daten für die Berechnung und Neukonstruktion des Bauteildesigns verwendet werden.
Leistungsangebot:
- Erstellung von Studien zu Bauteildesign und Materialauswahl
- FE-Modellierung des Einsatzverhaltens bei thermischen und mechanischen Lasten
- Auslegung von Bauteilen
- Design to Disassembly
- Keramikgerechtes Bauteildesign
- Strukturdesign von CMC-Bauteilen
- Auslegung von Bauteilen für den 3D-Druck
- Konstruktion von Fertigungshilfsmitteln für die Bauteilherstellung
- Erstellung von Lebensdauerprognosen
Weiterführende Veröffentlichungen:Integrated Computational Materials Engineering (ICME)FügenFügen von CMC |