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M3-2S - Multiscale Modelling for Multilayered Surface Systems

Softwarepartner im Forschungsprojekt Multiscale Modelling for Multilayered Surface Systems der Europäischen Kommission.

Bei diesem Projekt geht es um die Untersuchnung von Beschichtungen  und Beschichtungsverfahren. Diese dienen  unter anderem als  Verschleißschutz, Korrosionsschutz, Schutz vor  thermischen Einflüssen  und vielem mehr. Die im Projekt betrachtet  Schichten werden im  Maschinenbau bei gleitenden Teilen, Lagern, Walzen  und  fertigungstechnischen, umformenden und spanenden Werkzeugen genutzt,  wobei sich auf Monolayer Schichten (TiN) bzw.  Superlattice Schichten  (Tin/CrN) konzentiert wurde.
Das Ziel einer solchen Beschichtung ist die Erhöhung der Werkzeugstandzeit und die Minimierung des Energieaufwandes. Für viele Anwendungen ist daher die Optimierung der Schicht-Substrat-Struktur von entscheidender Bedeutung.

Innerhalb der Nanohärtemessung werden die mechanischen Kenngrößen wie   Härtewert, Elastizitätsmodul, Fließspannung und Reibkoeffizienten bestimmt. Innerhalb des Projektes verwenden wir diese Erfahrungen und Ergebnisse bei der Analyse der Schicht-Substrat-Struktur unter äußeren   Beanspruchungen durch die Nutzung kugelsymmetrischer Indenter (siehe Fig. 1).

In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Chemnitz/Fakultät für Mathematik wird die hier zur Anwendung kommende Advanced Adaptive Finite Elemente Methode (AAFEM) für die Optimierung solcher Schicht-Substrat-Systeme  weiterentwickelt. Sie umfasst die numerische Lösung rein mechanischer Problemklassen mittels adaptiver Vernetzung und Berechnungen mittels  Finiter Elemente  Methode (siehe Fig. 2).

Die Ergebnisse unserer Untersuchungen fließen in ein Modell des Imperial College London (IMC) zur Analyse der Crystal Plasticity ein. Generelles Ziel des Projektes ist es, die Lücke zwischen den makroskopisch mechanischen Modell und der Nanostruktur zu schließen (siehe Fig. 3).