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Aluminiumgussbauteile spielen heutzutage in vielen Branchen, wie der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrtindustrie eine wichtige Rolle. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht aus. Bei der Herstellung von Aluminiumgussbauteilen, kommt es prozessbedingt immer zu Defekten im Werkstoff. Mit Computer Tomographie Aufnahmen können diese Defekte zerstörungsfrei detektiert werden. Anschließend sollen die Defekte in Finite-Elemente-Methode Berechnungen berücksichtigt werden. Dies bietet einen entscheidenden Vorteil bei der Schadensvorhersage dieser Bauteile.
In dieser Masterarbeit wurde zwei Programme entwickelt, welche das Mapping von Defekten aus CT-Aufnahmen eines Aluminiumgussbauteils auf ein LS-Dyna Netz ermöglichen. Dadurch können die Defekte und damit die Porosität eines Gussbauteils in der Festigkeitsberechnung berücksichtigt und die Schadensvorhersage verbessert werden. Die Programmierung erfolgte in Python.
Das weiterentwickelte Mapping-Programm benötigt zwei Input Dateien. Zum einen wird die Defektdatei aus den CT-Aufnahmen benötigt und zum anderen ein LS-Dyna Netz. Die komplexen Defektgeometrien werden in dem Mapping-Programm vereinfacht als umschließende Kugeln um den Defekt beschrieben. Diese Vereinfachung ist aufgrund der benötigten Rechenleistung notwendig. Anschließend prüft das Mapping-Programm alle Kollisionen zwischen Elementen des FE-Netzes und den Defekten und ermittelt für jedes Element ein Schnittvolumen. Aus dem Schnittvolumen und dem Elementvolumen wird die Porosität berechnet. Die Rechenzeit für ein Bauteil mit 107379 Elementen beträgt 480 Minuten.
Ein zweites, neu entwickeltes Programm ermöglicht das Mapping der wahren Porengeometrie auf FE-Netze. Durch die optimierte Porenbeschreibung wird eine höhere Genauigkeit beim Mapping der Defekte erreicht. Die Rechenzeit beträgt bei einem Bauteil mit 107379 Elementen lediglich 15 Minuten.
Ziel dieser Masterarbeit ist es, das Mapping-Programm zu optimieren, damit es neben Hexaedern weitere Elementtypen verarbeiten kann. Darüber hinaus sollte die Porenbeschreibung verbessert werden, um genauere Ergebnisse zu erhalten. Dafür wurde ein zweites Programm mit einer verbesserter Porenbeschreibung entwickelt, dass zudem deutlich geringere Rechenzeiten benötigt.
The embedding of microwave devices is treated by applying the finite-difference method to three-dimensional shielded structures. A program package was developed to evaluate electromagnetic fields inside arbitrary transmission-line connecting structures and to compute the scattering matrix. The air bridge, the transition through a wall, and the bond wire are examined as interconnecting structures. Detailed results are given and discussed regarding the fundamental behavior of embedding.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Ermüdungs- und Schädigungsverhalten der in Verbrennungsmotoren eingesetzten Aluminiumgusslegierungen AlSi7Cu0,5Mg-T7 und AlSi12Cu3Ni2Mg-T7. Im Vergleich zur niederzyklischen sowie thermomechanischen Ermüdungsbeanspruchung führt die zusätzliche Überlagerung hochzyklischer Belastungen zu einer signifikanten Lebensdauerreduktion, die mit der Replika-Technik beobachteten Beschleunigung des Kurzrisswachstums erklärt werden kann. Frakto- und metallographische Untersuchungen zeigen, dass Rissinitiierung und Lebensdauerverhalten durch Gussdefekte sowie von belastungs- und temperaturabhängigen Schädigungsmechanismen bestimmt werden. Die Lebensdauern werden mit einem mechanismenbasierten Risswachstumsmodell vorhergesagt. Dazu wird der Schädigungsparameter DTMF,brittle entwickelt, der die charakteristischen Schädigungsmechanismen berücksichtigt. Die Legierung AlSi12Cu3Ni2Mg-T7 wird abschließend mit der Finite-Elemente-Methode und mikrostrukturbasierten Zellmodellen untersucht. Mit den Simulationsergebnissen können die experimentell beobachteten Schädigungsmechanismen fundiert gestützt werden.
In this paper, an unconditionally stable algorithm for the numerical integration and finite-element implementation of a class of pressure dependent plasticity models with nonlinear isotropic and kinematic hardening is presented. Existing algorithms are improved in the sense that the number of equations to be solved iteratively is significantly reduced. This is achieved by exploitation of the structure of Armstrong-Frederik-type kinematic hardening laws. The consistent material tangent is derived analytically and compared to the numerically computed tangent in order to validate the implementation. The performance of the new algorithm is compared to an existing one that does not consider the possibility of reducing the number of unknowns to be iterated. The algorithm is used to implement a time and temperature dependent cast iron plasticity model, which is based on the pressure dependent Gurson model, in the finite-element program ABAQUS. The implementation is applied to compute stresses and strains in a large-scale finite-element model of a three cylinder engine block. This computation proofs the applicability of the algorithm in industrial practice that is of interest in applied sciences.
In this entry, the 3D CAD reconstructions and 3D multi-material polymer replica printings of knight Götz von Berlichingen´s first „Iron Hand,“ which were developed in the last few years at Offenburg University, are presented. Even by today's standards, the first “Iron Hand”–as could be shown in the replicas–demonstrates sophisticated mechanics and well thought-out functionality and still offers inspiration and food for discussion when it comes to the question of an artificial prosthetic replacement for a hand.
In a recent paper it has been shown that the effective nonlinear constant which is used in a P-Matrix approach to describe third-order intermodulation (IMD3) in surface acoustic wave (SAW) devices can be obtained from finite element (FEM) calculations of a periodic cell using nonlinear tensor data [1]. In this paper we extend this FEM calculation and show that the IMD3 of an infinite periodic array of electrodes on a piezoelectric substrate can be directly simulated in the sagittal plane. This direct approach opens the way for a FEM based simulation of nonlinearities for finite and generalized structures avoiding the simplifications of phenomenological approaches.
Da die Bleche in der automatisierten Umformtechnik stets mit Eigenspannungen und Verformungen angeliefert werden, ist dem eigentlichen Prozess ein Biegewechselrichten vorgestellt. Dadurch sollen vorhandene Eigenspannungen abgebaut und die Bleche gleichbleibende Eigenschaften, unabhängig vom Anlieferungszustand, bekommen. Ziel dieser Bachelorthesis ist es den Prozess des Biegewechselrichtens mit einem FEM-Programm zu modellieren. Hierzu ist es wichtig, die notwendigen Grundlagen im Bereich der Werkstoffmechanik, des Richtvorgangs, der FE-Methode und dem Umgang mit dem FE-Programm ABAQUS zu verstehen. Damit soll dann ein lauffähiges Modell mit ABAQUS erstellt werden und erste Untersuchungen über den Verlauf der Spannungen und Dehnungen im Werkstoff durchgeführt werden.
Die Wichtigkeit des Faches FEM ist sicher unumstritten. Um in der gegebenen Zeit eine ausreichende Einarbeitung in die Methode und die Uebung am Rechner durchfuehren zu koennen, ist der Einsatz eines auf PC lauffaehigen FE-Lernprogramms eine gute Hilfe. Sind die Grundlagen da, weiss der Student, welche Eingaben bei einem FE-Programm zu machen sind. Fuer manche Fachgebiete genuegt schon die Arbeit mit einem solchen Programm. Sind entsprechende Uebungen mit dem Lernprogramm erfolgt, kann auf professionellen Programmen wie z.B. CAEDS das Zusammenspiel CAD/FEM ernsthaft betrieben werden. Es sollte ein Fachsemester ausgesucht werden, in dem CAD und FE angeboten wird. Dieses Fachsemester sollte, um den Nutzen der FEM in moeglichst vielen Fachgebieten zu haben, zum Ende des Grundstudiums, spaetestens aber zu Beginn des Hauptstudiums liegen.
Structures for interconnecting active microwave semiconductor-devices, e.g. FET's and MIC's, with the electrical surrounding or with each other have to be designed more and more carefully when increasing the desired upper frequency limit. Therefore, several connecting structures for device embedding have been examined. Mainly, their applicability for the frequency range from 10 GHz to 100 GHz was considered. Additionally, different equivalent circuits were developed to approximately describe their behaviour for CAD-applications.