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Erschienen in: Production Engineering 4/2011

01.08.2011 | Computer Aided Engineering

Towards integrative computational materials engineering of steel components

verfasst von: G. J. Schmitz, S. Benke, G. Laschet, M. Apel, U. Prahl, P. Fayek, S. Konovalov, J. Rudnizki, H. Quade, S. Freyberger, T. Henke, M. Bambach, E. A. Rossiter, U. Jansen, U. Eppelt

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 4/2011

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Abstract

This article outlines on-going activities at the RWTH Aachen University aiming at a standardized, modular, extendable and open simulation platform for materials processing. This platform on the one hand facilitates the information exchange between different simulation tools and thus strongly reduces the effort to design/re-design production processes. On the other hand, tracking of simulation results along the entire production chain provides new insights into mechanisms, which cannot be explained on the basis of individual simulations. Respective simulation chains provide e.g. the basis for the determination of materials and component properties, like e.g. distortions, for an improved product quality, for more efficient and more reliable production processes and many further aspects. After a short introduction to the platform concept, actual examples for different test case scenarios will be presented and discussed.

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Literatur
2.
Zurück zum Zitat National research council (2008) :integrated computational materials engineering: a transformational discipline for improved competitiveness and National security; National Academic Press, Washington, DC ISBN: 0-309-12000-4 National research council (2008) :integrated computational materials engineering: a transformational discipline for improved competitiveness and National security; National Academic Press, Washington, DC ISBN: 0-309-12000-4
3.
Zurück zum Zitat Gottstein G (ed) (2007) Integral materials modelling: towards physics based through-process models, Wiley—VCH Verlag. Weinheim. ISBN:978-3-527-31711-0 Gottstein G (ed) (2007) Integral materials modelling: towards physics based through-process models, Wiley—VCH Verlag. Weinheim. ISBN:978-3-527-31711-0
4.
Zurück zum Zitat Schmitz GJ, Prahl U (2009) Toward a virtual platform for materials processing. JOM 61(5):26CrossRef Schmitz GJ, Prahl U (2009) Toward a virtual platform for materials processing. JOM 61(5):26CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Schroeder W, Martin K, Lorensen B (2006) The visualization toolkit—an object—oriented approach to 3D Graphics, 4th Ed, Kitware, Inc. www.vtk.org Schroeder W, Martin K, Lorensen B (2006) The visualization toolkit—an object—oriented approach to 3D Graphics, 4th Ed, Kitware, Inc. www.​vtk.​org
6.
Zurück zum Zitat Benke S et al Definition of a standardized data format for the exchange of simulation data. Available online at: www.aixvipmap.de Benke S et al Definition of a standardized data format for the exchange of simulation data. Available online at: www.​aixvipmap.​de
7.
Zurück zum Zitat Schilberg D, Gramatke A, Henning K (2008) Semantic interconnection of distributed numerical simulations via SOA. Proceedings of the world congress on engineering and computer science, San Francisco, USA, pp 894–897. ISBN:978-988-98671-0-2 Schilberg D, Gramatke A, Henning K (2008) Semantic interconnection of distributed numerical simulations via SOA. Proceedings of the world congress on engineering and computer science, San Francisco, USA, pp 894–897. ISBN:978-988-98671-0-2
8.
Zurück zum Zitat Cerfontaine P, Beer T, Kuhlen T, Bischof C (2008) Towards a flexible and distributed simulation platform computational science and its applications—ICCSA, Springer lecture notes in computer science LNCS 5072 Part1 Cerfontaine P, Beer T, Kuhlen T, Bischof C (2008) Towards a flexible and distributed simulation platform computational science and its applications—ICCSA, Springer lecture notes in computer science LNCS 5072 Part1
9.
Zurück zum Zitat Arping T, Heesel B, Kashko T, Laschet G, Baranowski T (To be published) Arping T, Heesel B, Kashko T, Laschet G, Baranowski T (To be published)
10.
Zurück zum Zitat Kuckhoff B, Benke S, Kashko T (To be published) Kuckhoff B, Benke S, Kashko T (To be published)
11.
Zurück zum Zitat Benke S, Laschet G (2008) On the interplay between the solid deformation and fluid flow during solidification of a metallic alloy. Comput Mat Sci 43(1):92CrossRef Benke S, Laschet G (2008) On the interplay between the solid deformation and fluid flow during solidification of a metallic alloy. Comput Mat Sci 43(1):92CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Benke S, Rudnizki J, Suwanpinij P, Prahl U (2008) Modeling hot rolling: a study on the microstructural changes during the Austenite to Ferrite phase transformation in dual phase steels. Presented at 8th World congress on computational mechanics (WCCM8), June 30–July 5 Venice, Italy Benke S, Rudnizki J, Suwanpinij P, Prahl U (2008) Modeling hot rolling: a study on the microstructural changes during the Austenite to Ferrite phase transformation in dual phase steels. Presented at 8th World congress on computational mechanics (WCCM8), June 30–July 5 Venice, Italy
13.
Zurück zum Zitat JB Leblond et al (1984) Acta Metall 32:137 JB Leblond et al (1984) Acta Metall 32:137
15.
Zurück zum Zitat Kopp R, Horst C (2004) Modelling of elastic effects in forming processes. Particularly the rolling process. AIP Conf Proc 712:375–381CrossRef Kopp R, Horst C (2004) Modelling of elastic effects in forming processes. Particularly the rolling process. AIP Conf Proc 712:375–381CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Abaqus, Dassault Systèmes Simulia Corp. (2009) Standard user manual, version 6.9, Hibbit, Karlsson and Sorensen, Providence, RI, USA Abaqus, Dassault Systèmes Simulia Corp. (2009) Standard user manual, version 6.9, Hibbit, Karlsson and Sorensen, Providence, RI, USA
17.
Zurück zum Zitat Laschet G, Apel M (2010) Thermo-elastic homogenization of 3-D steel microstructure simulated by phase-field method. Steel Res Int 81(8):637CrossRef Laschet G, Apel M (2010) Thermo-elastic homogenization of 3-D steel microstructure simulated by phase-field method. Steel Res Int 81(8):637CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Nikolussi M (2008) Extreme elastic anisotropy of cementite, Fe3C: First-principles calculations and experimental evidence. Scripta Mater 59:814–817CrossRef Nikolussi M (2008) Extreme elastic anisotropy of cementite, Fe3C: First-principles calculations and experimental evidence. Scripta Mater 59:814–817CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Zhang MX, Kelly PM (1997) Accurate orientation relationships between ferrite and cementite in pearlite. Scripta Materialia 37(12):2009CrossRef Zhang MX, Kelly PM (1997) Accurate orientation relationships between ferrite and cementite in pearlite. Scripta Materialia 37(12):2009CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Rodriguez R, Gutierrez I (2003) A unified formulation to predict the tensile curves of steels with different microstructures. Materials Science Forum 426–432:4525CrossRef Rodriguez R, Gutierrez I (2003) A unified formulation to predict the tensile curves of steels with different microstructures. Materials Science Forum 426–432:4525CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Laschet G, Quade H, Henke T, Dickert HH, Bambach M (2010) Comparison of elasto-plastic multi-scale analyses of the U-forming process of a steel line-pipe tube, In:Proceedings of the IV European Conference on Computational mechanics, Paris, France Laschet G, Quade H, Henke T, Dickert HH, Bambach M (2010) Comparison of elasto-plastic multi-scale analyses of the U-forming process of a steel line-pipe tube, In:Proceedings of the IV European Conference on Computational mechanics, Paris, France
22.
Zurück zum Zitat Quade H, Fayek P, Laschet G, Henke T (2010) Multi-scale Simulation of the U- and O-forming of a Line-pipe Tube. Presented at the First Conference on Multiphysics Simulation, Bonn, Germany to appear in “Int J Multiphys” Quade H, Fayek P, Laschet G, Henke T (2010) Multi-scale Simulation of the U- and O-forming of a Line-pipe Tube. Presented at the First Conference on Multiphysics Simulation, Bonn, Germany to appear in “Int J Multiphys”
23.
Zurück zum Zitat Guitierrez I, Altuna MA (2008) Work-hardening of ferrite and microstructure-based modeling of its mechanical behaviour under tension. Acta Mater 56:4682CrossRef Guitierrez I, Altuna MA (2008) Work-hardening of ferrite and microstructure-based modeling of its mechanical behaviour under tension. Acta Mater 56:4682CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Bleck W, Reisgen U, Mokrov O, Rossiter E, Rieger T (2010) Methodology for Thermomechanical Simulation and Validation of Mechanical Weld-Seam Properties. Adv Eng Mater 12(3):147–152CrossRef Bleck W, Reisgen U, Mokrov O, Rossiter E, Rieger T (2010) Methodology for Thermomechanical Simulation and Validation of Mechanical Weld-Seam Properties. Adv Eng Mater 12(3):147–152CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Reisgen U, Schleser M, Mokrov O, Ahmed E, Schmidt A, Rossiter E (2009) Integrative Berechnung von Verzug und Eigenspannung auf Basis realer Schweißparameter. Presented at SYSWELD Forum. Weimar, Germany Reisgen U, Schleser M, Mokrov O, Ahmed E, Schmidt A, Rossiter E (2009) Integrative Berechnung von Verzug und Eigenspannung auf Basis realer Schweißparameter. Presented at SYSWELD Forum. Weimar, Germany
27.
Zurück zum Zitat Apel M, Böttger B (2009) Phase-field simulation of the microstructure formation in the weld pool and in the heat affected zone during welding of steel. Presented at the 2nd symposium on phase-field modelling in materials science, Aachen Apel M, Böttger B (2009) Phase-field simulation of the microstructure formation in the weld pool and in the heat affected zone during welding of steel. Presented at the 2nd symposium on phase-field modelling in materials science, Aachen
28.
Zurück zum Zitat Grosch J, Liedtke D, Kallhardt K, Tacke D, Hoffmann R, Luiten CH, Eysell FW (1981) Gasaufkohlen bei Temperaturen oberhalb 950°C in konventionellen Öfen und in Vakuumöfen. HTM Härterei-Techn Mitt 36(5):262 Grosch J, Liedtke D, Kallhardt K, Tacke D, Hoffmann R, Luiten CH, Eysell FW (1981) Gasaufkohlen bei Temperaturen oberhalb 950°C in konventionellen Öfen und in Vakuumöfen. HTM Härterei-Techn Mitt 36(5):262
29.
Zurück zum Zitat Pacheco JL, Krauss G (1990) Gefüge und Biegewechselfestigkeit einsatzgehärteter Stähle. HTM Härterei-Techn Mitt 45(2):77 Pacheco JL, Krauss G (1990) Gefüge und Biegewechselfestigkeit einsatzgehärteter Stähle. HTM Härterei-Techn Mitt 45(2):77
30.
Zurück zum Zitat Hippenstiel F, Bleck W, Clausen B, Hoffmann F, Kohlmann R (2002) Innovative Einsatzstähle als maßgeschneiderte Werkstofflösung zur Hochtemperaturaufkohlung von Getriebekomponenten. HTM Härterei-Techn Mitt 27(4):290–298 Hippenstiel F, Bleck W, Clausen B, Hoffmann F, Kohlmann R (2002) Innovative Einsatzstähle als maßgeschneiderte Werkstofflösung zur Hochtemperaturaufkohlung von Getriebekomponenten. HTM Härterei-Techn Mitt 27(4):290–298
31.
Zurück zum Zitat Klenke K, Kohlman R (2005) Einsatzstähle in ihrer Feinkornbeständigkeit, heute und morgen. HTM Z Werkst Wärmebehand Fertigung 60(5):260 Klenke K, Kohlman R (2005) Einsatzstähle in ihrer Feinkornbeständigkeit, heute und morgen. HTM Z Werkst Wärmebehand Fertigung 60(5):260
32.
Zurück zum Zitat Kleff J, Hock S, Kellermann I, Fleischmann M, Küper A (2005) Hochtemperatur-Aufkohlen: Einflüsse auf das Verzugsverhalten schwerer Getriebebauteile. HTM Z Werkst Wärmebeh Fertigung 60(6):311 Kleff J, Hock S, Kellermann I, Fleischmann M, Küper A (2005) Hochtemperatur-Aufkohlen: Einflüsse auf das Verzugsverhalten schwerer Getriebebauteile. HTM Z Werkst Wärmebeh Fertigung 60(6):311
33.
Zurück zum Zitat Wise JP, Matlock DK (2000) Bending Fatigue of Carburized Steels: a statistical analysis of process and microstructural parameters. SAE 2000 World Congress, Detroit Wise JP, Matlock DK (2000) Bending Fatigue of Carburized Steels: a statistical analysis of process and microstructural parameters. SAE 2000 World Congress, Detroit
34.
Zurück zum Zitat Prinz C, Clausen B, Hoffmann F, Kohlmann R, Zoch HW (2006) Metallurgical influence on distortion of the case-hardening steel 20MnCr5. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 37(1):29CrossRef Prinz C, Clausen B, Hoffmann F, Kohlmann R, Zoch HW (2006) Metallurgical influence on distortion of the case-hardening steel 20MnCr5. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 37(1):29CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Rudnizki J, Zeislmair B, Prahl U, Bleck W (2010) Thermodynamical simulation of carbon profiles and precipitation evolution during high temperature case hardening. Steel Res Int 81(6):472CrossRef Rudnizki J, Zeislmair B, Prahl U, Bleck W (2010) Thermodynamical simulation of carbon profiles and precipitation evolution during high temperature case hardening. Steel Res Int 81(6):472CrossRef
36.
Zurück zum Zitat Kozeschnik E, Svoboda J, Fischer FD, Fratzl P (2004) Modelling of kinetics in multi-component multi-phase systems with spherical precipitates: II: numerical solution and application. Mater Sci Eng A 385(1–2):157 Kozeschnik E, Svoboda J, Fischer FD, Fratzl P (2004) Modelling of kinetics in multi-component multi-phase systems with spherical precipitates: II: numerical solution and application. Mater Sci Eng A 385(1–2):157
37.
Zurück zum Zitat Apel M, Böttger B, Rudnizki J, Schaffnit P, Steinbach I (2009) Grain growth simulations including particle pinning using the multiphase-field concept. ISIJ 49(7):1024–1029CrossRef Apel M, Böttger B, Rudnizki J, Schaffnit P, Steinbach I (2009) Grain growth simulations including particle pinning using the multiphase-field concept. ISIJ 49(7):1024–1029CrossRef
38.
Zurück zum Zitat Rudnizki J, Zeislmair B, Prahl U, Bleck W (2010) Prediction of abnormal grain growth during high temperature treatment. Comp Mater Sci 49(2):209CrossRef Rudnizki J, Zeislmair B, Prahl U, Bleck W (2010) Prediction of abnormal grain growth during high temperature treatment. Comp Mater Sci 49(2):209CrossRef
39.
Zurück zum Zitat Jansen U (2009) Simulation des Schweißens kleiner Bauteile”. Diplomarbeit, Lehrstuhl: Nichtlineare Dynamik der Laserfertigungsverfahren, RWTH Aachen Jansen U (2009) Simulation des Schweißens kleiner Bauteile”. Diplomarbeit, Lehrstuhl: Nichtlineare Dynamik der Laserfertigungsverfahren, RWTH Aachen
41.
Zurück zum Zitat Apel M, Benke S, Steinbach I (2009) Virtual dilatometer curves and effective young’s modulus of a 3D multiphase structure calculated by the phase-field method. Comp Mater Sci 45(3):589CrossRef Apel M, Benke S, Steinbach I (2009) Virtual dilatometer curves and effective young’s modulus of a 3D multiphase structure calculated by the phase-field method. Comp Mater Sci 45(3):589CrossRef
42.
Zurück zum Zitat Benke S (2008) A Multi-phase-field model including inelastic deformation for solid state transformations. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanic 8(1):10407CrossRef Benke S (2008) A Multi-phase-field model including inelastic deformation for solid state transformations. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanic 8(1):10407CrossRef
Metadaten
Titel
Towards integrative computational materials engineering of steel components
verfasst von
G. J. Schmitz
S. Benke
G. Laschet
M. Apel
U. Prahl
P. Fayek
S. Konovalov
J. Rudnizki
H. Quade
S. Freyberger
T. Henke
M. Bambach
E. A. Rossiter
U. Jansen
U. Eppelt
Publikationsdatum
01.08.2011
Verlag
Springer-Verlag
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 4/2011
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-011-0322-1

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