Werkstoff- und Produktionstechnik mit Mathcad Modellierung und Simulation in Anwendungsbeispielen

Die Kopplung von metallkundlichem und produktionstechnischem Fachwissen mit numerischen Methoden zur Lösung von praktischen Aufgabenstellungen ist dem Autor hervorragend gelungen. Der Leser findet die vollständige Kette von der technisch-wissenschaftlichen Problemstellung über die Generierung des Modellansatzes, die Auswahl geeigneter numerischer Methoden bis zur Lösung der Aufgabenstellung. Die Lösungsansätze aus den Fachgebieten Werkstoffkunde, Schweißtechnik, Umformtechnik usw. sind einfach nachzuvollziehen. Darüber hinaus verweist der Autor auf große in der Praxis angewendete Finite-Elemente-Programme. Das Werk schließt die Lücke zwischen dem theoretischen Lehrbuchwissen und den in der Praxis geforderten Kenntnissen. Mit Hilfe der 160 beliebig modifizierbaren Anwendungsbeispiele auf der CD-ROM lässt sich der Stoff vertiefen.

1 Einführung in die werkstofftechnische Modellierung.- 1.1 Prinzip der mathematischen Modellierung.- 1.2 Bedeutung der mathematischen Modellierung.- 1.3 Einsatz und Ziele metallkundlicher Modellrechnungen.- Weiterführende Literatur.- 2 Numerische Algorithmen und Computeralgebrasysteme.- 2.1 Numerische Algorithmen.- 2.2 Entwicklung der Berechnungswerkzeuge.- 2.3 Computeralgebrasysteme.- 2.4 Einführung in Mathcad.- 2.5 Vergleich konventioneller Programmiersprachen mit Mathcad-Programmen.- 2.6 Numerik mit Mathcad.- Weiterführende Literatur.- 3 Metallkundliche Berechnungsansätze.- 3.1 Atomarer Aufbau und Kristallstruktur.- 3.2 Chemische Thermodynamik und Zustandsdiagramme.- 3.3 Diffusion.- 3.4 Umwandlungs- und Ausscheidungskinetik.- 3.5 ZTU-Verhalten niedriglegierter Stähle.- 3.6 Plastizität, Erholung und Rekristallisation.- 3.7 Einschub über Zelluläre Automaten.- 3.8 Bildbearbeitung und Quantitative Metallografie.- 3.9 Festigkeits- und Zähigkeitsverhalten.- 3.10 Bruchmechanik.- 3.11 Kriechen.- 3.12 Ermüdung.- Weiterführende Literatur.- 4 Berechnung instationärer Temperaturfelder.- 4.1 Die Wärmeleitungsgleichung.- 4.2 Analytische Lösungen für interessante Fälle.- 4.3 Lösung der Fourier-Gleichung mittels finiter Differenzen.- 4.4 Finite-Elemente-Berechnung von Temperaturfeldern.- 4.5 Thermophysikalische Werkstoffkennwerte.- 4.6 Experimentelle Verifikation.- Weiterführende Literatur.- 5 Schweißtechnische Berechnungen.- 5.1 Aspekte der Schweißbarkeit.- 5.2 Verfahrensspezifische Gesichtspunkte.- 5.3 Der thermische Schweißzyklus.- 5.4 Beurteilung der Schweißeignung.- 5.5 Mikrostrukturelle Vorgänge in der WEZ.- 5.6 Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen.- 5.7 Komplexe, gekoppelte Modelle in der Schweißtechnik.- Weiterführende Literatur.- 6Anwendungen im Bereich der Umformtechnik.- 6.1 Übersicht über die Fertigungsverfahren und Kenngrößen.- 6.2 Mathematische Beschreibung von Fließkurven.- 6.3 Strangpressen.- 6.4 Fließpressen.- 6.5 Flachwalzen.- 6.6 Thermomechanische Umformung beim Warmbandwalzen.- 6.7 Drahtziehen.- 6.8 Tiefziehen.- 6.9 FE-Simulation von Umformprozessen.- Weiterführende Literatur.- 7 Anwendungen im Bereich Gießen und Erstarren.- 7.1 Einführung.- 7.2 Keimbildung.- 7.3 Thermische Analyse.- 7.4 Seigerungsphänomene.- 7.5 Konstitutionelle Unterkühlung und Gefugemorphologie.- 7.6 Wärmeübergang bei der Erstarrung.- 7.7 Übersicht über kommerzielle Erstarrungsprogramme.- Weiterführende Literatur.- 8 Anwendungen im Bereich Bauteilauslegung und Werkstoffauswahl.- 8.1 Festigkeitsberechnung von Bauteilen.- 8.2 Zweidimensionale, elastische FE-Rechnung.- 8.3 Messung und Auswertung von Bauteilbeanspruchungen.- 8.4 Systematische Werkstoffauswahl.- 8.5 Werkstoffdatenbanken.- Weiterführende Literatur.- 9 Anwendungen im Bereich der Prozessoptimierung.- 9.1 Methoden zur Prozess-und Qualitätsplanung.- 9.2 Methoden zur Auswertung von Prozessdaten.- 9.3 Statistische Prozesskontrolle.- 9.4 Multivariate Prozessanalyse mittels Regressionsrechnung.- 9.5 Neuronale Netzwerke.- 9.6 Genetische Algorithmen.- 9.7 Mechanismenbasierte Modelle für komplexe Prozesse.- Weiterführende Literatur.- Übersicht und Hinweise zur beiliegenden CD.- Mathcad Bedienungsanleitung und Funktionsübersicht.- Internet-Adressen zu den Fachbereichen.