Werkstoffintegrität
Das Lehr- und Forschungsgebiets für Werkstoff- und Bauteilintegrität (Department of Integrity of Materials and Structures – IMS) von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sebastian Münstermann agiert interdisziplinär auf dem Gebiet der quantitativen Korrelation von Werkstoffmikrostruktur, mechanischen Werkstoffeigenschaften und Bauteilperformance. Der Schwerpunkt liegt dabei auf metallischen Konstruktionswerkstoffen und insbesondere Stählen.
Das IMS strebt an das konventionelle eigenschaftsmotivierte Werkstoffdesign durch ein bauteilspezifisches Werkstoffdesign zu ersetzen. Langfristiges Ziel ist es, die am Bauteil identifizierten Anforderungen durch maßgeschneiderte Mikrostrukturen zu erfüllen.
Dieser neue Ansatz für Werkstoffentwicklung, die sogenannte „digitale Werkstoffentwicklung“, wird durch komplexe Materialmodelle, computergestützte Simulationen und KI-Ansätze betrieben. Durch umfassende Experimente übergreifender Skalen -von der Mikro-Ebene, über Laborproben hin zum vollständigen Bauteil- werden die Materialmodelle und Simulationen kalibriert und validiert.
Dementsprechend gliedert sich das IMS in drei Arbeitsgruppen:
Die Arbeitsgruppe Mikromechanik forscht an der Beschreibung von Werkstoffen auf Mikrostruktur-Ebene. Hierbei kommen Kristallplastizitätsmodelle und KI-unterstütze Mikrostrukturbeschreibungen zum Einsatz. Ziel ist es, maßgeschneiderte Mikrostrukturen mit für den Anwendungsfall geforderten Eigenschaftsspektren zu erschließen.
Die Arbeitsgruppe Makroskopische Modellierung erforscht die makroskopische Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Werkstoffen. Im Mittelpunkt steht hier die Umsetzung von Theorien zur Plastizität, Ermüdung, Schädigung und Bruch von Werkstoffen in geeignete Materialmodelle.
Aufgabe der Arbeitsgruppe Bauteilperformance ist es, die neuerforschten Modelle und Simulationstechniken in die Anwendung zu überführen. Durch die Analyse von Grenzzuständen und kritisch belasteten Stellen im Bauteil kann dessen Leistungsfähigkeit vorhergesagt und durch geeignete Werkstoffauswahl verbessert werden. Außerdem zeigt die Arbeitsgruppe auf, wie die neuen Ansätze in anwenderfreundliche Normen zur werkstofftechnischen Auslegung von Anlagen und Maschinen umgesetzt werden können.
Die Forschung des IMS wird unter anderem durch die Trends und Herausforderungen der Energiewende, der Elektrifizierung des Verkehrswesens, Wasserstoff als alternativer Energieträger und einer dauerhaft sicheren Gestaltung von Maschinen, Anlagen und Infrastruktur motiviert. Die Forschungsprojekte werden von der Industrie und von öffentlichen Stellen gefördert und zeichnen sich stets durch eine enge Kooperation mit den Projektpartnern aus.