FWF - Software Development - Softwareentwicklung für Versetzungskriechen von Legierungen

Viele Bauteile aus metallischen Legierungen sind enormen Belastungen ausgesetzt und widerstehen hohen Kräften und Temperaturen. Meistens kann man die Belastungen vor der Konstruktion gut testen, und daher die Bauteile korrekt konstruieren. Es gibt jedoch ein Phänomen, das experimentell nur schwer zu erfassen ist: das Kriechen der Werkstoffe. Kriechen ist die langsame Verformung bei hohen Temperaturen und starker mechanischer Belastung. Das kann ein großes Problem sein, zum Beispiel in thermischen Kraftwerken bei Dampfdruckrohren und – kesseln oder bei Turbinen. Irgendwann wird die Verformung so groß, dass der Betrieb riskant wird, da die Bauteile schlicht explodieren können. Das kostet – durch den Schaden und den Produktionsausfall - nicht nur viel Geld, sondern bringt auch Menschenleben in Gefahr. Da Kriech-Verformungen extrem langsam stattfinden, dauern Tests im Labor oft viele Jahre. Dadurch verläuft die Forschung nach neuen Materialien äußerst schleppend. Zum Beispiel werden in Kraftwerken Komponenten noch immer aus Materialien gefertigt, die in den 1950er-80er Jahren entwickelt worden sind. Das funktioniert zwar, schöpft aber das Potential eines Kraftwerkes nicht aus: mit neuen Materialien ließe sich die Arbeitstemperatur erhöhen, der Wirkungsgrad steigern, Ressourcen einsparen und der CO2-Austoß verringern. Thema des Projektes ist das Modellieren und Simulieren von Kriechen. Kann die Verformung ausreichend genau simuliert werden, spart man sich Tests – und damit Zeit und Geld. Es gibt aber zwei Probleme: Erstens: Kriechen ist extrem komplex und schwer zu erfassen. Zweitens: Viele Modelle sind unzuverlässig und funktionieren nur unter Einschränkungen; meistens muss erst wieder ein Test durchgeführt werden, um die Simulation der Realität „anzupassen“. Nichtsdestotrotz gibt es gute Lösungen zu einzelnen Aspekten. An diesem Punkt setzt das Projekt an: die Teilmodelle werden gesammelt und in eine einheitliche „Sprache“ gebracht. Dadurch kann man widersprechende Theorien identifizieren, Lücken erkennen, und die Einzelmodelle verknüpfen. Dabei wird streng auf die Qualität geachtet: alles muss 100% physikalisch fundiert sein, denn ein einziger fehlerhafter Beitrag stellt das gesamte Netzwerk in Frage. Das Gesamtmodell wird dann als transparente „glass-box“ Software codiert, um es für Simulationen zu nutzen. So können die Nutzer den aktuellen Stand der Wissenschaft (plus die im Projekt erarbeiteten Fortschritte) einfach verwenden, ohne selber auf die Suche nach den besten Modellen gehen zu müssen. Die Software wird dann verbreitet und wird die Forschung im Bereich des Kriechens beschleunigen. Die Entwicklung von neuen Materialien kann so schneller erfolgen, die Sicherheit von Bauteilen schneller beurteilt und die Umsetzung von energie-effizienten Lösungen gefördert werden. Im Endeffekt spart das Projekt Zeit, Geld, Ressourcen, Energie, steigert die Sicherheit und senkt den Treibhauseffekt.