Bei der Entwicklung technischer Bauteile wird dem Leichtbau in vielen Phasen eine große Bedeutung zugeschrieben. Einen Teil des Leichtbaus stellt die Strukturoptimierung dar, bei der unter anderem eine möglichst optimale Anordnung der Bauteilelemente gesucht wird. Im Gegensatz zu Computerprogrammen vereinfacht die Kraftkegelmethode diesen Prozess deutlich. Die Anwendung erfolgt rein grafisch und führt zu einem tieferen funktionellen Verständnis technischer und natürlicher Strukturen.

Size effects are widely observed in the mechanics of materials at the micron scale. However, the underlying deformation mechanisms remain ambiguous, particularly in the presence of strain gradients. In this work, combined microstructural investigations and mechanical tests (tension and torsion) were conducted on polycrystalline gold micro wires to determine the influences of specimen size, grain size, strain rate and loading type on the deformation behavior of the wires.

Nanostructured metals with maximal grain or twin sizes of less than 100 nm have advanced properties like increased strength. As beneficial as these microstructures can be for the strength of materials, they are not infinitely stable. During mechanical loading these metals tend to coarsen and lose their beneficial structure. Besides electron microscopic analysis of fatigued samples, in situ cycling tests were conducted in order to observe structural degradation during mechanical loading.

To determine the characteristics and properties of cellular solids for an application, and to allow a systematic practical use by means of correlations and modelling approaches, we perform experimental investigations and develop numerical methods. In view of coupled multi-physics simulations, we employ the phase-field method. Finally, the applicability is demonstrated exemplarily for open-cell metal foams, providing qualitative and quantitative comparison with experimental data.

In dieser Arbeit wird eine Methodik für die optimale Führung von einzelnen Fertigungsprozessen in einer Prozesskette entwickelt. Zur Regelung eines Prozesses anhand seines nicht zugänglichen Zustands werden echtzeitfähige und robuste Beobachtermodelle mittels statistischer Modellierung erstellt, um den Prozesszustand aus wenigen observablen Messgrößen zu rekonstruieren. Die Zustandsverfolgung und die optimale Prozessführung werden mit einem generischen Prozessmodell zur allgemeinen Beschreibung der Prozessbeziehungen, die bei der Anwendung auf einen Prozess durch Anpassung auf konkrete Daten ausgeprägt werden, umgesetzt. Die Machbarkeit der generischen Prozessmodellierung wird durch Anwendung auf mehrere Prozesse des Tiefziehens unterschiedlicher Komplexität und einen Prozess des Widerstandspunktschweißens demonstriert.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (MMCs) mit Keramikanteilen zwischen 30 und 39 Vol-%. Basis für die MMCs sind offenporige Keramikvorkörper, sogenannte Preforms, die mit einer handelsüblichen Aluminiumlegierung infiltriert wurden. Zur Charakterisierung des Wechselverformungs- und Lebensdauerverhaltens der Preform-MMCs wurden isotherme Wechselverformungsversuche sowie TMF-Versuche durchgeführt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Verbundwerkstoffe mit polymerer Matrix betrachtet, die durch modifizierte Fertigungsstrategien des konventionellen Resin Transfer Molding (RTM)-Verfahrens hergestellt wurden. Eine Prozessbewertung erfolgte durch die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften sowie einer analytischen Modellierung.

Understanding the physical processes during fabrication and annealing of ceramic materials is a long sought goal among material scientists. Using strontium titanate as a model system for perovskite ceramics, the present work combines advanced non-destructive 3D characterization techniques and computational modeling of microstructure evolution in order to link grain morphology, interface anisotropy and microstructure evolution to macroscopic physical properties.

Im Zuge dieser Arbeit wird neben der Bestimmung der Grenzflächenhaftung zwischen den Komponenten die unterschiedlichen Verformungs- und Schädigungsmechanismen auf Probenebene unter quasi-statischer Zug- und Druckbelastung, zyklischer Ermüdungsbeanspruchung sowie ebenfalls das zyklische Rissausbreitungsverhalten auf Profilebene beschrieben und geklärt. Daraus abgeleitete Modelle sowie die Verwendung und Modifikation bereits vorhandener Modelle erlauben eine Abschätzung des Verbundverhaltens.

In dieser Arbeit wird ein Simulationswerkzeug zur Untersuchung des komplexen elektromechanischen Verhaltens von Ferroelektrika entwickelt. Es wird ein neues Materialmodell vorgestellt, das die elektrische Leitfähigkeit der Ferroelektrika berücksichtigt. Anhand von anwendungsnahen Beispielen wird der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit untersucht.