Anwendung nichtlinearer Modellierung zur Stärkung des Stahlsektors
Präzise Modellierung der Frage, wie sich thermoschockresistente Materialien unter rauen industriellen Bedingungen bewähren, könnte Herstellern Geld sparen und die Sicherheit erhöhen. Ein Durchbruch in diesem Bereich wurde erreicht, indem Wissenschaftler, die sich auf die Modellierung des nichtlinearen Verhaltens von Materialien spezialisiert haben, und ein Branchenführer in der Herstellung von hochschmelzenden Materialien für die Stahl-, Glas- und Gießereiindustrie zusammengebracht wurden. „Das Ergebnis dieses Projekts hat das Potenzial, die Wirtschafts- und Umweltleistung des Stahlsektors zu verbessern“, erklärt HOTBRICKS-Projektkoordinator Dr. Francesco Dal Corso, Assistant Professor für Massiv- und Strukturmechanik an der Universität von Trient in Italien. „Ein Team hochqualifizierter Fachkräfte wurde nun ausgebildet und mit einer Reihe von technischen Kompetenzen und praktischen Fähigkeiten ausgestattet, die sofort eine Wirkung in diesem Bereich erzielen und die Qualifikationslücken zwischen Wissenschaft und Industrie schließen werden.“ Materialverhalten verstehen Die nichtlineare Festkörpermechanik untersucht, wie sich Materialien unter Drücken, Temperaturänderungen und anderen Belastungsbedingungen verhalten. Dies zu verstehen, ist entscheidend für das Design von Geräten, die in fortgeschrittenen mechanischen Anwendungen verwendet werden, insbesondere unter extremen Belastungsbedingungen. Viele Anwendungen der nichtlinearen Festkörpermechanik umfassen zum Beispiel Luft- und Raumfahrttechnik und Robotik sowie industrielle Prozesse, bei denen Metallformung oder Keramik eine Rolle spielen. Gesteinsartige Materialien, genannt Geomaterialien, sind eine breite Klasse von Materialien, zu denen Stein, Beton, Erde und Keramik gehören. Diese Materialien sind von großem technischem Interesse, da sie in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, wie Schock- und Schwingungsabsorber, Brandschutz, thermische Barrieren und natürlich hochschmelzende Produkte. Ihre hoher Schmelzpunkt und die große thermische und chemische Stabilität machen solche Materialien ideal für Hochtemperaturanwendungen, wie Arbeiten mit geschmolzenem Stahl und Eisen. „Das Ziel dieses Projekts war es, die nichtlineare Modellierung näher zur Industrie zu bringen, um mechanische Konstruktionen zu erzielen, die überragende Leistungen bieten“, sagt Dal Corso. „Fortschritte bei industriellen Hochtemperaturanwendungen unter Verwendung von Geomaterialien können nur durch nichtlineare Modellierung komplexer Produktionsprozesse erreicht werden.“ Fachwissen der nächsten Generation Das im September 2013 ins Leben gerufene Forschungsprogramm HOTBRICKS brachte Universitäten (Universität Trient) und Industrie (Vesuvius) zusammen, um nichtlineare Festkörpermechanik im Design von hochschmelzenden Materialien für Flüssigstahlanwendungen einzusetzen. Das Team verfügt über Expertise in den Bereichen Modellierung, numerische Simulation, experimentelle Analyse, Materialcharakterisierung und Designoptimierung. „Unser Ziel war es, eine neue Generation junger Forscher in einer multidisziplinären und intersektoralen Umgebung zu fördern“, sagt Dal Corso. Der ausschlaggebende Erfolg des Projekts war die genaue Modellierung des mechanischen Verhaltens von hochschmelzenden Materialien bei hohen Temperaturen, was zu einer neuen Art der Optimierung des Designs von Geräten bei Hochtemperaturanwendungen führte. „Die Forschungsergebnisse sind nicht nur ein Fortschritt hinsichtlich der wissenschaftlichen Erkenntnis, sondern auch ein Fortschritt in der mechanischen Konstruktion von feuerfesten Bauteilen, die von der Industrie hergestellt werden“, bemerkt Dal Corso. Seit dem offiziellem Abschluss des Projekts Ende August 2017 wurden neue Konstruktionsmethoden für Hochtemperaturanwendungen entwickelt, die derzeit vom Industriepartner des Projekts Vesuvius genutzt werden. Das belgische Unternehmen nutzt das kollaborative Know-how, um Sicherheit zu erhöhen, Material- und Energieverschwendung zu reduzieren und Umweltverschmutzung in Fertigungsprozessen zu reduzieren. „Die Ergebnisse aus dem Projekt werden es Vesuvius auch ermöglichen, geeignete Prozesse und Technologien nachhaltiger, kostengünstiger und schneller durchzuführen“, fügt Dal Corso hinzu.
Schlüsselbegriffe
HOTBRICKS, Industrie, hitzebeständiger Stahl, Werkstoffe, Abfälle, Vesuvius, Geomaterialien
