Forschungsgruppe Angewandte Mechanik

Ansprechpartner     Dr.-Ing. Till Clausmeyer

Die Forschungsgruppe Angewandte Mechanik bündelt die Kompetenz des Instituts für Umformtechnik und Leichtbau in den Bereichen analytische Ansätze, Materialcharakterisierung, Materialmodellierung und Simulation für umformtechnische Anwendungen. Die in diesen Feldern tätigen Mitarbeitenden tauschen sich zu diesen Forschungsthemen aus und unterstützen sich gegenseitig, z. B. bei Informationsveranstaltungen zu den am IUL verfügbaren mechanischen und mikrostrukturellen Charakterisierungsmethoden. Seit dem 1. Juni werden die übergeordneten Forschungsthemen der Abteilung Angewandte Mechanik in der Umformtechnik in der neuen Struktur fortgeführt. Die Entwicklung und Anwendung der genannten Methoden erfolgt dabei für die am IUL vorhandenen Umformverfahren der Massiv-, Blech- und Profilumformung sowie der umformtechnischen Sonderverfahren. Die Anschaffung einer 10 kN-Erichsen-UNIMAT-Basic-054-Zugprüfmaschine, einer servohydraulischen Walter + Bai-Prüfmaschine und eines Coxem-EM-30-PLUSRasterelektronenmikroskops stärken die Kompetenzen der Forschungsgruppe.

Vortrag zum aktuellen CIRP-Beitrag des IUL bei der virtuellen Konferenz CIRP Video Paper Sessions

Erfolgreiche Bewilligungen, bei denen die von der Forschungsgruppe unterstützten Methoden eine wichtige Rolle spielen, umfassen DFG-Projekte zum adiabatischen Scherschneiden und zur Analyse des kontinuierlichen Strangpressens mit der Ähnlichkeitstheorie sowie ein AiF-Projekt zur Federnherstellung unter Berücksichtigung der Plastizitätstheorie. Kenntnisse der Plastizitätstheorie und der Schädigungsmechanik stehen im Mittelpunkt der Forschung im TRR 188 „Schädigungskontrollierte Umformprozesse“, insbesondere bei den neu entwickelten Verfahren zur Parameteridentifikation. Die methodischen Arbeiten präsentieren die Mitarbeitenden der Forschungsgruppe der Öffentlichkeit in Zeitschriften, Patenten und Vorträgen auf Konferenzen. Dadurch erhalten die Mitarbeitenden z. B. von den Kolleginnen und Kollegen der „International Academy für Production Engineering“ (CIRP) wichtige Impulse. Im Rahmen der „CIRP Video Paper Sessions“ erläuterte Dr. Till Clausmeyer einen neuen analytischen Ansatz zur Beschreibung von Hochgeschwindigkeitsscherschneidverfahren. Mit dem Ansatz kann die Breite der Scherbänder in diesen Verfahren in Abhängigkeit von den Werkstoffkennwerten vorhergesagt werden.

Weitere wichtige Zeitschriftenbeiträge umfassen eine neue Prüfmethode zur Ermittlung von Grenzformänderungsdiagrammen bei hohen Dehnraten (> 1000 /s) von Dr. Koray Demir und Mitautoren der Abteilung, zu neuen Methoden zur Ermittlung von Fließkurven unter Scherung für große Formände rungen (> 2.5) von Dr. Heinrich Traphöner und eine Methode zur effizienten Bestimmung der Geometrie bei Hochgeschwindigkeitsumformprozessen von Marlon Hahn und Prof. Tekkaya. Die entwickelte Methode beruht auf elementaren Annahmen zur Beschreibung der dynamischen Umformung von Blechen, z. B. mit verdampfenden Aktuatoren. Durch mechanische Impulse wird ein Blech umgeformt. Der Ansatz sagt die Geometrie mit guter Näherung voraus und ist gegenüber einer detaillierten Abbildung mit komplexen Finite-Elemente-Simulationen 10.000-mal schneller, obwohl ihm vereinfachende Annahmen zugrunde liegen. Im Bereich der Materialcharakterisierung wurde ein Patent für einen biaxialen Stauchversuch der Erfinder Felix Kolpak, Dr. Oliver Hering und Prof. Tekkaya offengelegt. Die Erfindung zeigt einen Weg auf, unter zweiseitigem Druck metallische Prüfkörper zu testen und Fließkurven zu ermitteln. Diese Kenntnisse sind wichtig für die Beschreibung von Massivumformprozessen.

Trotz der Auswirkungen der Corona-Krise konnten die Mitarbeitenden der Forschungsgruppe an virtuellen Veranstaltungen mitwirken. Prof. Tekkaya und Dr. Till Clausmeyer organisierten ein Minisymposium zu Themen rund um die Kontrolle der Schädigung in Umformprozessen für die erste virtuelle, internationale Konferenz der Umformtechnik ESAFORM 2020. Mehrere Teilnehmende des IUL trugen mit Präsentations- und Diskussionsbeiträgen zu einem vom belgischen Unternehmen OCAS und der belgischen Universität KU Leuven organisierten Webinar zur Identifikation von Materialkennwerten bei großer Umformung bei. Die Zusammenarbeit der Abteilung Massivumformung und Mitarbeitenden der Forschungsgruppe Mechanik mit dem japanischen Stahlkonzern KOBE Steel sowie dem Gastwissenschaftler Yasuhisa Taki zur Schädigung in Massivumformprozessen konnte trotz zeitweiliger Einschränkungen des Labor- und Metallografiebetriebs erfolgreich fortgesetzt werden.

a) Prinzipskizze des Umformens mit verdampfenden Folien und b) Vergleich Kettenmodell und Messung