Sprungmarken

Servicenavigation

Hauptnavigation

Sie sind hier:

Hauptinhalt

Open theses

Open theses

 

The topics listed below are suggestions for possible projects and are open to discussion. If you have another idea for such a project falling into the given fields, please do not hesitate to contact us.

  • Literature research of the material behavior of 316 L stainless steel and thermomechanical simulation (Literaturrecherche des Materialverhaltes der Edelstahllegierung 316 L und thermomechanische Simulation) (Project Thesis Bachelor/Bachelor Work)

    The stainless steel alloy 316 L shall be used for selective laser melting (SLM) processes. In view of predictive modeling and simulation of such processes, the investigation of the material behavior, respectively of the mechanical and thermal material properties are of importance. In particular the influence of the temperature and heat flux of the underlying phases, i.e., the powder particles, the molten phase and the solid state, plays a key role.
    Therefore, the mechanical and thermal material properties for each phase, e.g., powder, molten and re-solidified material, need to be analyzed and specified. It is of particular interest to determine possible temperature-dependencies of these parameters.
    Moreover, a thermomechanical simulation of, e.g., a SLM process along the lines of [1], shall be conducted, where convection, conduction, radiation and the heat flux due to the thermal impact of the laser beam may be included.

    [1]  J. Romano, L. Ladani, M. Sadowski, Thermal Modeling of Laser Based Additive Manufacturing Processes within Common Materials, Procedia Manufacturing, 1, 2015, 238-250

    Contact: M.Sc. Isabelle Guschke

  • Implementierung von Materialmodellen und Parameteridentifikation für Polymere (Projektarbeit Master)

    Zur Modellierung des elastischen Verhaltens von Polymeren existieren eine Reihe von Materialmodellen [1]. Die bekanntesten dieser Modelle sollen zunächst implementiert werden. Anschließend sollen für ausgewählte Polymere, zu denen experimentelle Daten aus der Literatur zu finden sind [2], Parameteridentifikationen durchgeführt werden. Ziel ist es die resultierenden Kurve-Fittings miteinander zu vergleichen und das Parameterset, welches die experimentellen Kurven am besten wiedergibt, zu finden.

    Literatur:
    [1] G. A. Holzapfel, Nonlinear Solid Mechanics: A Continuum Approach for Engineering, 2000
    [2] J. Rault, J. Marchal, P. Judeinstein and P. A. Albouy, Stress-Induced Crystallization and Reinforcement in Filled Natural Rubbers: 2H NMR Study, Macromolecules, 2006, 39, 8356-8368

    Kontakt: Serhat Aygün, M.Sc.

  • Materialmodellierung mit fraktionalen Ableitungen (Bachelorarbeit/Projektarbeit Master)

    fraktionaleableitung

    Die rheologische Beschreibung klassischer mechanischer Systeme basiert auf Verschiebungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Ein Beispiel ist der gedämpfte harmonische Oszillator aus den Komponenten Feder, Dämpfer und Masse. Die zugehörigen Differentialgleichungen enthalten entsprechend den Zeitableitungen nullter, erster und zweiter Ordnung. Komplexere Materialien wie Polymere oder Flüsterasphalt benötigen allerdings mehrere oder gar unendlich viele solcher Ableitungsterme, da viele verschiedene Zeitskalen involviert sind. Das erschwert sowohl die Lösung wie auch die physikalische Interpretation.
    Eine elegante Alternative dazu ist die Beschreibung des Materials durch Differentialgleichungen mit sogenannten fraktionalen Ableitungen. Die Ordnung dieser Ableitungen darf einer reellen Zahl entsprechen und muss nicht ganzzahlig sein. Dadurch reduziert sich die Anzahl der benötigten Ableitungsterme erheblich und damit die Interpretation der zugrundeliegenden mechanischen Prozesse. Mathematisch ähnlich ist die Darstellung einer nicht ganzzahligen Potenz, z.B. der Wurzel, durch eine unendliche Reihe ganzzahliger Potenzen.
    Das Ziel dieser Arbeit ist eine Klassifikation der Ableitungsordnungen anhand der zugehörigen physikalischen Phänomene. Dies beinhaltet eine umfassende Literaturrecherche sowie die eigene Beurteilung der mathematisch-mechanischen Zusammenhänge. Insbesondere soll untersucht werden: (1) Spannungs-Dehnungs-Verhalten im Zeitbereich, (2) Spannungs-Dehnungs-Verhalten im Frequenzbereich, (3) Beispiel für ein reales Material, (4) Existenz und ggf. Form eines zugehörigen Hamilton-Funktionals.

    Literatur:
    Richard Herrmann: Fraktionale Infinitesimalrechnung - Eine Einführung für Physiker, Books on Demand, Norderstedt 2008
    Fernando Jiménez and Sina Ober-Blöbaum: A fractional variational approach for modelling dissipative mechanical systems: continuous and discrete settings, http://arxiv.org/abs/1802.10544v1, 2018

  • Implementierung von „reduced integration“-Ansätzen in Abraxas++ (Bachelor)
    Die Finite-Elemente-Methode ist heute eine der gängigsten numerischen Methoden im Maschinenbau. Viele Anwender wissen allerdings nur wenig über die zugrunde liegende Theorie und verlassen sich auf die robuste Implementierung der kommerziellen Finite-Elemente-Programme. Gerade bei sehr großen Modellen werden in der Praxis häufig Elemente mit "reduzierter Integration" verwendet, um (unter anderem) Rechenzeit zu sparen und gleichzeitig den Arbeitsspeicher effizient zu nutzen. Bei "reduzierter Integration" verhalten sich Standard-Elemente allerdings nicht wie gewünscht, da so genannte "Null-Energie-Moden" (Hourglassing) auftreten. Die resultierende Finite-Elemente-Lösung ist damit unbrauchbar. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Elemente in den institutseigenenen MATLAB-Code implementiert werden, die "reduzierte Integration" ausnutzen und gleichzeitig das Auftreten von Hourglassing unterdrücken. Das Verhalten der Elementformulierung soll darüber hinaus mit Hilfe von Simulationen untersucht werden.
    Kontakt: Dipl.-Ing. Rolf Berthelsen
  • Modellierung und Simulation des Verhaltens polykristalliner Piezokeramiken auf Grundlage von Energiebarrieren (bachelor thesis)
    Basierend auf einem bestehenden Modell, welches das Verhalten polykristalliner Piezokeramiken qualitativ widerspiegeln kann, soll eine Erweiterung im Sinne quantitativer Aussagen erfolgen. Dieses Materialmodell beruht dabei auf einem spezifischen Ansatz für die Transformationskinetik unterschiedlicher Festkörperphasen - welche sich auf Grund der unterschiedlichen Kristallvarianten durch Transformationsdehnungen sowie spontane Polarisierungen unterscheiden - und verwendet dabei Energiebarrieren sowie daraus abgeleiteten Übergangswahrscheinlichkeiten. Dieses "1d-Modell" wird mittels eines Microsphere-Ansatzes zu einem Polykristall-Modell erweitert. Ziel dieser Arbeit ist es, das Modell mittels experimenteller Daten zu kalibrieren und ggf. noch zu erweitern, sodass auch quantitativ verlässliche Simulationsergebnisse erreicht werden können.
    Kontakt: Dr.-Ing. Thorsten Bartel
  • Thermodynamisch konsistente Modellierung bainitischer Phasentransformationen (Bachelorarbeit/Masterarbeit)
    Aufbauend auf einer bereits angefertigten Projektarbeit soll ein 3d-Materialmodell für bainitische Phasentransformationen entwickelt werden. Basierend auf der Definition von Energiedichten für die Ausgangsphase (z.B. Austenit) und die Produktphase (Bainit) werden je nach Schwierigkeitsgrad der Arbeit (Bachelor oder Master) verschiedene Ansätze zur Homogenisierung angewandt. Darüber hinaus bedingt die besondere Charakteristik bainitischer Phasentransformationen eine spezielle Wahl hinsichtlich der Evolutionsgleichung für die internen Zustandsvariablen. Diese wird konsistent aus Dissipationsgleichungen hergeleitet, wobei noch zu entscheiden ist, ob die Terme, welche konkret zu der typischen Evolution von Bainit führen, eher der elastischen oder der dissipierten Energie zugesprochen werden.
    Kontakt: Dr.-Ing. Thorsten Bartel
  • Über die Auswirkung unterschiedlicher Kompatibilitätsbedingungen bei der Modellierung von Festkörper-Phasentransformationen (Bachelor-/Master-Arbeit)
    Sogenannte Laminatmodelle stellen ausgeklügelte Werkzeuge zur Modellierung von Festkörperphasentransformationen dar. Unter anderem ermöglichen es diese, die zwischen den verschiedenen Phasen geltenden Kompatibilitätsbedingungen sowie Gleichgewichtsbedingungen an deren Grenzfläche uneingeschränkt zu erfüllen. Allerdings gibt es dabei in der Literatur unterschiedliche Ansätze, bezüglich welcher Größen diese Kompatibilitätsbedingungen aufgestellt werden. Genauer gesagt werden zum einen diese Kompatibilitätsbedingungen für die totalen Dehnungen innerhalb der Phasen, zum anderen für die mit der Kristallgeometrie zusammenhängenden Transformationsdehnungen (auch "Bain strains" genannt) formuliert. Diese Arbeit beinhaltet die Implementierung dieser beiden unterschiedlichen Herangehensweisen und hat deren präzisen Vergleich als Ziel.
    Kontakt: Dr.-Ing. Thorsten Bartel