Herzlich Willkommen am Lehrstuhl für Struktur- und Werkstoffmechanik
Die Entwicklung und Herstellung innovativer Produkte unter Verwendung neuer Materialien erfordert vertiefte Kenntnisse von analytischen und numerischen Berechnungsverfahren zur gefahrfreien Auslegung von Bauteilen und Maschinen. Die Vermittlung dieser Kenntnisse ist eine der wesentlichen Aufgaben des Lehrstuhls Struktur- und Werkstoffmechanik im Bachelor- und Masterstudium. Mit der am SWM betriebenen Kopplung von Ausbildung, Modellierung, Experiment und Anwendung werden angehende Ingenieurinnen und Ingenieure somit mehrschichtig auf die in der Industrie stetig steigenden Herausforderungen bei der Berechnung von Bauteilen des Maschinenbaus vorbereitet.
Sekretariat
Simone Hillermann
Struktur- und Werkstoffmechanik
Pohlweg 47-49
33098 Paderborn
Sprechstunden
Mo - Do: 11:30 bis 15:30 Uhr
Fr: 09:00 bis 13:00 Uhr
Team
Stellenausschreibungen
Arbeitsgruppe FAM
Die Arbeitsgruppe für Angewandte Mechanik (FAM) ist Teil des Lehrstuhls für Struktur- und Werkstoffmechanik und lehrt und forscht im Bereich der Struktur-, Bruch- und Biomechanik. Dabei stehen drei Hauptziele im Vordergrund:
- eine solide und anschauliche Lehre
- eine grundlegende aber praxisnahe Forschung
- und eine umfangreiche Zusammenarbeit mit regionalen und internationalen Industrieunternehmen
Im Bachelor- und Masterstudium werden vertiefte Lehrveranstaltungen angeboten, u. a. in:
- Strukturanalyse 1 & 2
- Betriebsfestigkeit
- Fatigue/Schadensanalyse
- Numerische Methoden in der Produktentwicklung 1 & 2
- Biomechanik
- Technische Orthopädie
Die Vernetzung mit der Industrie sorgt für einen praxisnahen Bezug in Lehrveranstaltungen
Die Forschung am Lehrstuhl umfasst mehrere Schwerpunkte:
- Spannungs- und Verformungsanalysen, insbesondere im Leichtbauumfeld
- Strukturanalyse komplexer Bauteile unter mechanischer und thermischer Belastung
- Experimentelle Bruchmechanik: z. B. Lebensdauer- und Bruchvorhersagen
- Numerische Risswachstumssimulationen, z. B. bei Ermüdungsrissen
- Risswachstum in Strukturen bei komplexen Beanspruchungen (Mixed-Mode)
- Biomechanik: Von Knochenstrukturabbildung über Bewegungsabläufe bis hin zur technischen Orthopädie
- Additive Fertigung: Einsatz und Optimierung additiver Verfahren, z. B. in Kooperation mit dem Direct Manufacturing Research Center (DMRC) der Universität
- Industrieprojekte / Technologietransfer: Intensive Zusammenarbeit mit Wirtschaftsunternehmen zur Bauteiloptimierung, Bruchsicherheit und Produktentwicklung
Mehr über die FAM erfahren Sie hier
Nachrichten
Forschung
Mit der am SWM betriebenen Kopplung von Ausbildung, Modellierung, Experiment und Anwendung wird der angehende Ingenieur somit mehrschichtig auf die in der Industrie stetig steigenden Herausforderungen bei der Berechnung von Bauteilen des Maschinenbaus vorbereitet.
Forschungsaufgaben und Themen
- Modellierung von Hochtemperaturbauteilen unter zyklisch mechanischer und thermischer Beanspruchung
- Simulation inelastischen Materialverhaltens mit besonderer Beachtung von Anisotropie und asymmetrischen Effekten
- Parameteridentifikation nichtlinearer Werkstoffe unter Verwendung optischer Methoden
- Entwicklung numerischer Methoden zur effizienten Simulation großdimensionierter Finite Element Strukturen
- Polymorphe Unschärfemodellierung
- Fehlerkontrollierte Modelladaptivität
- Optimale Versuchsplanung und Modellbildung zur Parameteridentifikation für inhomogene Probleme
DFG, GZ: MA 1979/38-1
- Experimentelle und numerische Ermittlung der Korrelationen zwischen den Prozessgrößen der thermo-mechanischen Werkstoffbehandlung und den mechanischen Eigenschaften bei gradierten Mischgefügen mit bimodaler Korngrößenverteilung
DFG, GZ: MA 1979/32-2
- Ein Zweiskalenmodell für Schädigungsvorgänge bei der spanenden Bearbeitung von kohlenwasserstofffaserverstärkten Kunststoffen
DFG, GZ: MA 1979/36-1
- Zielorientierte Adaptivität für nichtlineare Homogenisierungen mittels hierarchischer Modelle
DFG, GZ: MA 1979/30-2
- Zielorientierte adaptive Finite Elemente zur Parameteridentifikation konventioneller und adaptiver mikromorpher Kontinuumsmodelle
DFG, GZ: MA 1979/17-2
- Fuzzy-stochastische Methoden für die polymorphe Unschärfemodellierung von Leichtbaustrukturen
DFG, GZ: MA 1979/25-2
- Experimente, Modellierung und Parameteridentifikation bei inhomogenen Verzerrungszuständen von Kunststoffen mit induzierter Anisotropie
DFG, GZ: MA 1979/27-1
- Gezielte Einstellungen von martensitisch-bainitischem Mischgefüge und Mikrostrukturgradierungen für das Presshärten: Experimente und Simulation
DFG, GZ: MA 1979/32-1
- Modellierung des Wachstums von unterem Bainit
- Fuzzy Finite Elemente Methode für hybride Systeme
- Zielorientierte adaptive Finite Elemente Methode für direkte und inverse Probleme von mikromorphen Kontinua
DFG, GZ: MA 1979/17-1
- Zerspansimulation mit Mehrmechanismenmodell
DFG, GZ: MA 1979/13-3
- Simulation von Phasenumwandlungen
DFG, Sonderforschungsbereich SFB/TR TRR 30
- Robustheit und Zuverlässigkeit der Berechnungsmethoden von Klebeverbindungen
FOSTA, IGF Projekt 338 ZN
- Adaptive Finite Elemente Methoden zur Parameteridentifikation von hierarchischen Modellen für Elastomere
DFG, GZ: MA 1979/10-1
- Bauteile unter Hochtemperatur
DFG, Sonderforschungsbereich SFB/TR TRR 30
- Thermo-rheologische Materialmodellierung von Kunststoffen mit nichtlinearen Stoffgesetzen
DFG, Sonderforschungsbereich SFG/TR TRR 30 - B1
- Simulation von Hybridumformprozessen unter Berücksichtigung des Thermoschockverhaltens im Werkzeug sowie von Phasenumwandlungen im Werkstück
DFG, Sonderforschungsbereich SFG/TR TRR 30 - B2
- Experimente und Modellbildung zur Eigenspannungsentwicklung beim Quasi-Simultanen-Laserdurchstrahlschweißen von Thermoplasten unter besonderer Berücksichtigung großer Deformationen und der daraus folgenden Anisotropieentwicklung
DFG, GZ: MA 1979/7-2
- Experimentelle Untersuchung des flüssigen und teilerstarrten Zustandes oberhalb der Kohärenztemperatur in Gießprozessen sowie dessen Modellierung mit stabilen gemischten finiten Elementen niedriger Ordnung
DFG, GZ: MA 1979/9-2
- Methodenentwicklung zur Berechnung von höherfesten Stahlklebverbindungen des Fahrzeugbaus unter Crashbelastung
FOSTA
- Entwicklung von Produktionsverfahren zur Herstellung höchstfester hybrider Verbundstrukturen zur Gewichtsminimierung im Automobilbau
Produktion.NRW, Land NRW
Experimentallabor
10 kN Universalprüfmaschine
| Komponentenhersteller: | MTS |
| Software: | MTS 793 und Test Suite MPE |
| Antrieb: | servohydraulisch |
| Maximale Axiallast: | ± 10 kN |
| Maximaler Kolbenhub: | 100 mm |
| Aktuatoren: | 1 Axialzylinder |
| Max. Prüfgeschwindigkeit: | 250 mm/s |
| Minimale Einspannlänge: | 0 mm |
| Spannvorrichtung: | 2 kN MTS Advantage Pneumatic Grips |
| Spannbereich flach: | 0 - 10 mm |
100 kN Universalprüfmaschine
| Komponentenhersteller: | MTS |
| Software: | MTS 793 und Test Suite MPE |
| Antrieb: | servohydraulisch |
| Maximale Axiallast: | 100 kN |
| Maximaler Kolbenhub: | 150mm |
| Aktuatoren: | 1 Axialzylinder |
| Max. Prüfgeschwindigkeit: | 200 mm/s |
| Minimale Einspannlänge: | 0 mm |
| Spannvorrichtung: | 100 kN MTS 647 Hydraulic Wedge Grips |
| Spannbereich flach: | 0 – 7,6 mm |
| Spannbereich rund: | ø 15, ø 25 ø 10,92 – 16,51 mm in V-Kerbe |
MTS Bionix 370.02 Axial-Torsional
| Software: | MTS 793 und Test Suite MPE |
| Antrieb: | servohydraulisch |
| Aktuatoren: | 1 Axialzylinder 1 Drehzylinder |
| Maximale Axiallast: | 25 kN |
| Maximales Drehmoment: | 222 Nm |
| Maximaler Kolbenhub: | 100 mm |
| Maximaler Drehwinkel: | 270° |
| Maximale Prüfgeschwindigkeit: | 300 mm/s |
| Maximale Drehgeschwindigkeit: | 400 °/s |
| Minimale Einspannlänge: | 0 mm |
| Spannvorrichtung: | 25 kN MTS 647 Hydraulic Wedge Grips |
| Spannbereich flach: | 0 - 24 mm |
| Spannbereich rund: | ø 10, ø 15, ø 25 |
MTS Planar Biaxial 25 kN x 25 kN „BIAX“
| Software: | MTS 793 und Test Suite MPE |
| Antrieb: | servohydraulisch |
| Maximale Axiallast: | 25 kN je Achse |
| Maximaler Hub: | 103 mm je Achse |
| Aktuatoren: | 4 Axial-Zylinder (2 je Achse) |
| Max. Prüfgeschwindigkeit: | 600 mm/s je Achse (ohne Prüfling) |
| Minimale Einspannlänge: | 34 mm je Achse (= 103 mm möglicher Hub) |
| Spannvorrichtungen: | 25 kN MTS 647 Hydraulic Wedge Grips |
| Spannbereich flach: | 0 - 4,2 mm 3,5 - 7,5 mm |
GOM Aramis SRX
| Auswertesoftware: | GOM Correlate 2021 |
| Auflösung: | 4096 x 3068 px (12 M) |
| Messvolumina: | 130 x 100 x 40 mm³ 550 x 440 x 400 mm³ |
| Erfassungsfrequenzen: | |
| Vollbild: | 75 Hz |
| 2/3 Bildhöhe: | 115 Hz |
| 1/3 Bildhöhe: | 230 Hz |
| 1/6 Bildhöhe: | 480 Hz |
| Teilbild HD: | 490 Hz |
| Beleuchtung: | polarisiert (unempfindlich ggü. Umgebungslicht) |
Das SWM verfügt über zwei baugleiche Systeme Aramis-Systeme und ist damit in der Lage, Experimente im sogenannten Multisensoraufbau zu erfassen. Das heißt, dass die beiden Sensoren aus verschiedenen Richtungen die Probe synchron erfassen und somit z. B. gegenüberliegende Probenoberflächen erfassen können. Damit kann beispielsweise die Einschnürung einer Zugprobe präzise ermittelt und so die Volumendehnung berechnet werden.
Ebenso ist die Erfassung eines größeren Probenbereichs mit gleichbleibend hoher Auflösung möglich. Die beiden Erfassungen werden anschließend wie eine einzige Erfassung gehandhabt und analysiert.
GOM ATOS II
| Varianten | SO 400 |
| Auswertungssoftware: | GOM Correlate 2021 |
| Auflösung: | 1280 x 1024 px |
| Messvolumina: | 65 x 52 x 30 mm³ 350 x 380 x 280 mm³ |
Durch bestimmte Geometrien und Werkstoffeigenschaften taktil schwierig zu vermessende Proben können mit diesem 3D-Scanner präzise digitalisiert und analysiert werden, etwa zur anschließenden Spannungsberechnung.
Ebenso kann deren Zustand sowohl vor als auch nach dem Versuch als Oberflächenmodell dokumentiert werden, sodass die im Experiment entstandene Verformung ebenfalls analysiert werden kann.
Mit Hilfe eines Flächenvergleichs kann ein bestehendes CAD-Modell mit der gescannten Oberfläche abgeglichen werden, um beispielsweise die Fertigungsqualität von Proben zu prüfen.
Hüttiniger TIG 10/300
| Leistung: | 11 kW, wassergekühlt |
| Maximale Frequenz: | 300 kHz |
| Regler: | Eurotherm 2604 |
| Anschluss für: | Thermoelement Pyrometer |
| Anwendung: | Induktive Erwärmung von Proben |
Infratec VarioCAM® head HiRes 640
| Auswertesoftware: | IRBIS® 3 professional |
| Temperaturbereich: | -40 - 1200 °C |
| Spektralbereich: | 7,5 - 14 µm |
| Auflösung: | 640 x 480 |
| Temperaturauflösung: | besser als 0,05 K |
| IR-Bildfrequenz: | 50 Hz |
| Messgenauigkeit: | ± 1,5 K (0 bis 100) °C; ± 2 % (< 0 bzw. > 100) °C |
| Detektor: | ungekühltes Mikrobolometer FPA |
| Objektiv: | Normalobjektiv 1.0/30 mm |
| FOV: | 30° x 23° |
| Fokus: | 0,3 m bis unendlich |
MTS Advantage Optical Extensometer
| Modell: | ONE-78PT-200 |
| Funktionsweise: | nicht taktil (optisch) |
| Optik: | telezentrisch |
| Maximale Abtastrate: | 3 kHz |
| FOV (vertikal) | 78 mm |
| Messlängen: | 10 - 65 mm |
| Maximale Dehnung: | 580 % |
| Beleuchtung: | polarisiert (unempfindlich ggü. Umgebungslicht) |
| Geeignet für Dehnungsregelung |
Raytec RR Marathon MM LT
| Temperaturbereich: | -40 - 800 °C |
| Spektralbereich: | 8 - 14 µm |
| Fokusbereich: | 0,2 bis 2,2 m |
| Messpunktgröße: | 1,1 mm |
| Temperaturauflösung: | 0,1 K |
| Emissionsgrad: | 0,1 bis 1,150 |
| Extras: | - Laser-Ausrichtung - Variabler Fokus |
Spaghetti-Brückenbau-Lastrahmen
| Maximale Last: | 500 N |
| Kraftmessung: | Digitaler Ringkraftmesser, Tiedemann |
| Maximaler Auflagerabstand: | 1,5 m |
| Auflagerbreite: | 250 mm |
| Antrieb: | elektrischer Linearantrieb |
| Zerstörte Brücken: | 63 |
Für den Einsatz zur Belastungsprüfung von Spaghetti-Brücken, zum Beispiel im Rahmen unseres Spaghetti-Brückenbau-Wettbewerbs, der die Vorlesung Technische Mechanik 1 begleitet, an dem jedoch alle Studierenden teilnehmen können.
ILH
Der Lehrstuhl für Struktur- und Werkstoffmechanik ist eng mit dem Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH) der Universität Paderborn verbunden. Das ILH betreibt auf einem etwa 2000m² großen Technikum modernste Anlagen zur Fertigung und Prüfung von Bauteilen und vereint Expertisen aus Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften und Simulation, um innovative Lösungen für nachhaltige und effiziente Leichtbaukonzepte zu entwickeln.
Weitere Informationen finden Sie auf der Website des ILH: https://ilh.uni-paderborn.de/
