Open-Access-Journals @ Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
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Variational material modeling of the transformation induced plasticity in polycrystalline steel
No full textThe effect of transformation induced plasticity (TRIP) describes the coupling of plastic deformations and solid/solid phase transformations in steel. A result of this complex microstructural evolution is an improved ductility and strength of the so-called TRIP-steels, which is the reason for their attractiveness for industrial applications, e.g., in the automobile industry.
Modeling of the mentioned effects is an important aspect for enhancing the knowledge about the challenging processes that evolve in TRIP-steels. To this end, we present a variational material model that is based on the principle of the minimum of the dissipation potential. Considering kinematic hardening, the model describes the simultaneous evolution of an overall plastic strain and of the volume fractions of austenite and of several martensitic variants. Compared to our previous work Waimann et al. (2015), the polycrystalline structure is considered by an evolving orientation distribution function, which results in a much faster computation compared to our former investigations. Our analysis also covers the implementation into a finite element algorithm as well as the presentation of numerical results, which show the model’s ability to give a first estimation for the complex material behavior
Zur iterativen Lösung von Finite-Element-Schemata bei inkompressiblem nichtlinearem Materialverhalten
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Transiente Effekte in leistungselektronischen Schaltungen mit schnellschaltenden Leistungshalbleitern unter besonderer Berücksichtigung der elektromagnetischen Verträglichkeit
No full textDas Schalten von neuen Leistungshalbleitern innerhalb von wenigen ns stellt hohe Ansprüche an ein korrespondierendes Schaltungslayout sowie an das Design passiver Komponenten im Bezug auf minimierte parasitäre Elemente. Dies ist unter anderem für die elektromagnetische Verträglichkeit von Bedeutung. Diese Arbeit analysiert und bewertet transiente Effekte von schnellschaltenden Leistungshalbleitern mit speziellem Fokus auf die elektromagnetische Verträglichkeit und schlägt Maßnahmen zur Verbesserung vor. Das erhöhte Störpotential von Schaltungen mitWide Bandgap-Transistoren gegenüber Schaltungen mit konventionellen Si-IGBTs wird im Detail untersucht. Anhand eines beispielhaften DC/DC-Wandlers werden allgemeingültige Designrichtlinien für passive Komponenten sowie für das Schaltungslayout entwickelt. Hierbei werden sowohl die intra-EMV als auch geleitete und gestrahlte Störungen anhand von Messergebnissen analysiert und bewertet. Untersuchungen zum Einfluss von Halbleiterparametern zeigen deutlich, dass schaltbedingte Oszillationen im Resonanzkreis der Kommutierungszelle entstehen und parasitäre Antennenstrukturen anregen. Dadurch wird das Störspektrum oberhalb von 30MHz maßgeblich vergrößert. Die zur selektiven Analyse des Schaltverhaltens im Frequenzbereich entwickelte Methode ermöglicht es, zwischen den Einflüssen des Ein- und Ausschaltverhaltens auf das Störspektrum zu unterscheiden. Anhand von experimentellen Parametervariationen werden so vereinfachte Modelle für die Ein- und Ausschaltoszillation extrahiert. Auf deren Basis können analytische Ausdrücke unter der Beachtung der Anfangswerte aufgestellt werden. Diese vermitteln ein grundlegendes Verständnis konkreter Ursachen der Anregung der Oszillationen. Darauf aufbauend wird in dieser Arbeit eine Optimierungsstrategie entwickelt, um Schaltoszillationen zu vermeiden. Hiermit werden die Oszillationen durch genau eingestelltes Schalten minimiert. Somit ist es möglich, mit einer mittleren Schaltgeschwindigkeit zeitgleich Schaltverluste zu reduzieren und EMV-kritische Oszillationen zu eliminieren. Für das Einschalten bedeutet dies das korrekte Einstellen der Überstromspitze. Dass dies über die Gate-Ansteuerung umsetzbar ist, wird anhand von Simulationen sowie Versuchen gezeigt. Als einfachster Ansatz stellt ein RC-Glied im Gate-Kreis das Schaltverhalten bei definierter Stromsteilheit variabel ein und führt so zu einer Eliminierung der Einschaltoszillation. Bestätigt wird dies an einem Doppelpulsversuchsstand mit CoolMOS MOSFET und SiC Schottky Diode. Eine Alternative sind aktive Treiber. Simulationsergebnisse zeigen, dass bereits ein zusätzlicher Transistor im Gate-Kreis zur Minimierung von Oszillationen im Lastkreis beitragen kann. Der Einsatz eines integrierten aktiven Treibers mit einstellbarem Gate-Profil in einem Brückenzweig mit GaN HEMTs bestätigt die Validität der entwickelten Strategie. Sowohl eine effiziente Vorgehensweise zur Erstellung eines optimierenden Gate-Profiles als auch validierende EMV-Messungen der gestrahlten Störungen werden vorgestellt. Somit zeigen sowohl Simulations- als auch Messergebnisse die Anwendbarkeit der Optimierungsstrategie und deren positiven Einfluss auf das EMV-Verhalten für unterschiedliche Schaltungen und Leistungshalbleiter
Der Xylophon-Spieler
No full textIn diesem Projekt geht es um den Bau eines Roboters, dessen Aufgabe es war, Melodien zu spielen. Am Ende des Projektseminars ist es gelungen, ein Roboter mithilfe Lego-Bausteine zu bauen. Der in MATLAB programmierte Roboter war in der Lage, einfache Melodien auf einem Xylophon fließend zu spielen
Die thermische Berechnung von Verbrennungsmotorenkolben mit der Methode der Finiten Elemente
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