Teilinstitut Kontinuumsmechanik - Profil
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Teilinstitut Kontinuumsmechanik
ITM-KM

Prof. Thomas Böhlke
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Geb. 10.23, 3. OG
Kaiserstraße 10
76131 Karlsruhe

Postanschrift:
Postfach 6980
76049 Karlsruhe

Fremdsprachensekretariat:
Helga Betsarkis
Fon: (0721) 608-46107
Ute Schlumberger-Maas
Fon: (0721) 608-43796
Fax: (0721) 608-44187

Schnelleinstieg Teilinstitut Kontinuumsmechanik

Kontinuumsmechanik im Maschinenbau

 

Die Professur Kontinuumsmechanik im Maschinenbau entwickelt Methoden zur kontinuumsmechanischen Modellierung und Simulation des Materialverhaltens angewandter Werkstoffe unter Einbeziehung der Mikrostruktur und spezieller Verformungsmechanismen. Die Arbeiten schließen sowohl eine grundlagen- als auch eine ‎anwendungsorientierte Beschreibung der Werkstoffe ein. Methodische ‎Schwerpunkte sind die mathematische Modellbildung im Rahmen der ‎nichtlinearen Kontinuumsmechanik, die Anwendung von Homogenisierungsmethoden, das wissenschaftliche Rechnen ‎‎(z.B. FEM) und die Materialidentifikation basierend auf Experimenten.‎

 

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Forschungsschwerpunkte

 

  • FE-basierte Mehrskalenmethoden
  • Homogenisierung elastischer, spröd-elastischer, viskoplastischer und viskoelastischer Materialeigenschaften
  • Mathematische Beschreibung von Mikrostrukturen
  • Lokalisierungs- und Versagensmechanismen


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Studien- und Lehrangebot

Schwerpunkt unseres Lehrangebots sind die Grundlagenvorlesungen in Technische ‎Mechanik I und II sowie verschiedene Wahlpflicht- und Wahlfachveranstaltungen ‎im Bachelor- und Master-Studium. In den Vorlesungen Technische Mechanik werden die Grundlagen ‎einer modernen Kontinuumstheorie gelegt, Näherungsverfahren der Mechanik ‎diskutiert und die Dimensionierung von Bauteilen, auch unter Verwendung ‎aktueller mathematisch numerischer Software, im verpflichtend begleitenden ‎Rechnerpraktikum behandelt.‎
Die theoretisch bzw. numerisch orientierten Vertiefungsvorlesungen ‎thematisieren aktuelle Methoden auf den Forschungsgebieten der Elastizitäts- und Plastizitätstheorie, sowie der Mikromechanik und numerischen ‎Mechanik. Auch ein experimentelles Praktikum zu Grundlagenversuchen mit ‎modernen Verbundwerkstoffen wird angeboten. Zu erwähnen sind die vielfältigen ‎Angebote im Bereich der Bachelor- und Masterarbeiten, viele davon in ‎Kooperation mit Industrieunternehmen.‎

Folgende Volesungen werden angeboten:‎

Wintersemester

  • Technische Mechanik I
  • Engineering Mechanics I
  • Höhere Technische Festigkeitslehre (mit Rechnerpraktikum)
  • Mathematische Methoden der Festigkeitslehre
  • Mikrostrukturcharakterisierung und -modellierung
  • Rechnerunterstützte Mechanik I (mit Rechnerpraktikum)
  • Simulation im Produktentstehungsprozess
  • Prozesssimulation in der Umformtechnik
  • Forschungsseminar Kontinuumsmechanik und Homogenisierungsmethoden

Sommersemester

  • Technische Mechanik II
  • Engineering Mechanics II
  • Workshop im Rahmen der LV Arbeitstechniken im Maschinenbau
  • Einführung in die Finite-Element-Methode (mit Rechnerpraktikum)
  • Mathematische Methoden der Strukturmechanik
  • Nonlinear Continuum Mechanics
  • Rechnerunterstützte Mechanik II (mit Rechnerpraktikum)
  • Experimentelle Methoden der Mechanik (Fachpraktikum)
  • Forschungsseminar Kontinuumsmechanik und Homogenisierungsmethoden
     

Schwerpunkte im Bachelor-Studium

  • Festigkeitslehre und Kontinuumsmechanik

Schwerpunkte im Master-Studium

  • Mechanik und angewandte Mathematik
  • Theoretical and experimental mechanics

 

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Forschungsziele

  • Mechanische und thermomechanische Charakterisierung von metallischen Werkstoffe
  • Mechanische und thermo-viskoelastische Charakterisierung von Polymerwerkstoffen (rein und im Verbund)
  • Charakterisierung anisotropen Materialverhaltens unter mehrachsigen Belastungen
  • Entwicklung und Validierung numerisch effizienter Mehrskalen- und Homogenisierungsmethoden

Ausstattung

Spezielle Messtechnik

- Trocken- und Wärmeschrank (Binder)
- Präzisionswaage (Kern)
- Exsikkator (Sicco)
- Optische Dehnungsmessung mittels DIC (Aramis 3D 4M (GOM)) (am Biaxialprüfstand)
  (2D sehr gut, in der dritten Richtung nur ungenau, da nicht von Starrkörperbewegung
  unterscheidbar)

 

Prüfmöglichkeiten

  • Elektromechanische Biaxial-Prüfmaschine mit 4 seperaten gesteuerten Prüfachsen ‎‎(Zwick)
    ‎- Maximalkraft: 150 KN
    ‎- Traversengeschwindigkeit: 0,0005 bis 900mm/min
    ‎- Maximaler Verfahrweg pro Achse: 700mm
    ‎- Integrale optische Dehnungsmessung mittels VideoExtens (Zwick)
    ‎- Lokale optische Dehnungsmessung mittels ARAMIS 3D 4M (GOM)‎

    Bisher untersuchte Materialien:
    Sheet Moulding Compounds (SMC), metallische Werkstoffe (z.B. Dualphasenstahl)
     
  • Dynamisch-Mechanische Thermoanalyse (DMA), EPLEXOR® 500 N (GABO)
    ‎ - Temperaturbereich: -150 °C bis 500 °C
    ‎ - Belastungsfrequenzbereich: 0,01-100 Hz‎
    ‎ - max. statische Last: 1500 N
    ‎ - max. dynamische Last: 500
     - Kraftmessdosen: 500N
     - Statische Zugbelastung (Universal Tester)
     - Dynamisch mechanische Zugversuche:
       - unter Temperaturbelastung (-150 °C bis 500 °C)
       - für verschiedene Frequenzen (0,01-100 Hz‎)
       - Überlagerung von Temperatur- und Frequenzbelastungen
    - Dynamisch mechanische Beigeversuche
    - Relaxations- und Retardationsversuche

    Bisher untersuchte Materialien:
    Polypropylen, Vinylester, ungesättigtes Polyester-Polyurethan Hybrid Harz (jeweils als reines Matrixmaterial und faserverstärkt)
     
  • Lokales Computernetzwerk mit Anbindung an Vektor- und mehrere Parallelrechner sowie an Computercluster des Scientific Computing Center (SSCK) des KIT - Karlsruher Institut für Technologie - im Rahmen des Höchstleistungsrechner-Kompetenzzentrums Baden-Württemberg (hkz-bw)


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Leistungs-, Kooperations- und Weiterbildungsangebote

  • Beratung bei Problemstellungen der Rechnergestützten Mechanik, der Mikromechanik und der Materialmodellierung
  • Kooperationen mit anderen Forschungsinstituten und Industrieunternehmen
  • Seminare zu Homogenisierungsmethoden und Mikromechanik

 


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