Materialteknologi

Matematiske modeller i materialbearbeiding

Matematisk modellering av material-bearbeidende prosesser ved Institutt for Energiteknikk omfatter: elektrolyse av aluminium inkludert magnetohydrodynamisk stabilitet, støping av aluminium, silisium og stål, varmebehandling av aluminium og stål, sveising av aluminium og stål i tillegg til andre formingsbearbeidende prosesser for aluminium. I tillegg utarbeides mikrostrukturmodeller for aluminiumslegeringer under termisk og mekanisk bearbeiding som inkluderer presipitering, utgløding og arbeidsherding.
Kontakt

Mortensen, Dag

Faggruppeleder

 

Modellene for DC-støping (DirectChill-) av aluminium pressbolt og valseblokk inkluderer:

  • beregninger av komplekse rand-betingelser,
  • varmeledning,
  • væskestrømning,
  • størkning og termiske spenninger og deformasjoner.

I tillegg konstitutiv modellering av elasto-viskoplastiske materialegenskaper som avhenger av:

  • temperatur,
  • tøyning og
  • tøyningsrate.

Utviklingen skjer i samarbeide med flere andre forskningsinstitusjoner og med finansiering fra europeisk aluminiumsindustri inkludert Elkem Aluminium og Hydro Aluminium. IFE har innenfor dette området utviklet det nye simulerings-programmet ALSIM4, hvor temperatur, strømning, mekaniske spenninger og deformasjoner beregnes som koblede fenomener. Programmet er et unikt verktøy for blant annet støping av aluminium. Ved å inkludere nye modeller for simulering av størkningssonen som flerfasemedium, utviklet i EU-prosjektet VirCast, vil programmet bli enda mer interessant for å simulere størkning av metalliske legeringer. Koblinger til mikrostrukturberegninger av utfelling og vekst av herdende partikler, vil bli utviklet videre i et strategisk instituttprogram.

IFE hatt et tett samarbeide med Hydro Automotive når det gjelder utvikling av matematiske modeller for forskjellige sveiseprosesser. Disse modellene beregner temperatur, mekaniske deformasjoner og mikro-strukturutvikling for herdende aluminiumslegeringer i konvensjonell gassbue-sveising (MIG/GMAW) samt for elektronstråle-sveising. På oppdrag fra bilindustrien blir også modellene brukt til å beregne deformasjoner i aluminium rammeverk under sveising.

Modeller for stålindustrien inkluderer støping, varmebehandling og valsing. Modellen av varmebehandling inkluderer beregninger av gass-strøm med brennere og påvirkningen mellom gass-strøm og stålemnene. Utvikling innenfor dette området er i samarbeid med forskningsanlegget MEFOS, Luleå, Sverige. Modellene brukes både til designstudier og styring av ovner.

Innenfor elektrolyse av aluminium har vi i samarbeide med Hydro Aluminium utviklet et system av modeller som blir benyttet til design og vedlikehold av aluminiumsceller. Modellene inkluderer beregning av magnetohydrodynamiske ustabiliteter som kan oppstå i reduksjons-cellene.

Side-alternativer