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Kernfachmodul Allgemeine Werkstoffeigenschaften (M1-MWT-WW1/M6-NT-WW1)30 ECTS (englische Bezeichnung: General Material Properties for majors)
Modulverantwortliche/r: Mathias Göken Lehrende:
Mathias Göken, Dorothea Matschkal, Erik Bitzek, Heinz Werner Höppel, Steffen Neumeier, Peter Weidinger, Benoit Merle, Aruna Prakash, Peter Felfer, u.a.
Startsemester: |
WS 2016/2017 | Dauer: |
2 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
345 Std. | Eigenstudium: |
555 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
Bei den optionalen LV handelt es sich um Wahlpflichtveranstaltungen, die im Gesamtumfang von mindestens 14 ECTS erbracht werden müssen.
- Angewandte Grundlagen I+II
Pflichtveranstaltungen (10 ECTS)
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Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften I (WS 2016/2017)
(Vorlesung, 2 SWS, Erik Bitzek et al., Mo, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 24.10.)
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Übungen zu Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften (WS 2016/2017)
(Übung, 2 SWS, Steffen Neumeier et al., Mo, 12:15 - 13:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 31.10.)
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Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften 2 (SS 2017)
(Vorlesung, 2 SWS, Mathias Göken, Mi, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5)
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Übungen zu Angewandte Grundlagen der Werkstoffwissenschaften 2 (SS 2017)
(Übung, 2 SWS, Aruna Prakash et al., Di, 13:45 - 15:15, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 02.05.2017)
- Kernfachpraktikum
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Kernfachpraktikum Allgemeine Werkstoffeigenschaften (SS 2017)
(Praktikum, 6 SWS, Heinz Werner Höppel et al., Do, 16:00 - 18:00, 8:00 - 10:00, 3.31, Martensstr. 5; Vorbesprechung, Do 27.04.2017, 8:15 Uhr, R. 3.31)
- Wahlpflichtvorlesungen
Aus den folgenden Wahlpflichtvorlesungen sind Veranstaltungen im Umfang von mind. 14 ECTS auszuwählen:
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Anforderungen der Industrie an Werkstoffingenieure (WS 2016/2017 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Peter Weidinger, Einzeltermine am 2.2.2017, 9.2.2017, 8:30 - 18:00, 3.31, Martensstr. 5; Erster VL-Termin: 24.10.2011, 17:00 Uhr)
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Grundlagen der Schadensanalyse an Bauteilen (SS 2017 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Peter Weidinger, Mo, 16:00 - 18:00, 3.31, Martensstr. 5; erster Termin: 08.05.2017 um 17:00 Uhr)
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Mikro- und Nanomechanik (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Benoit Merle, Di, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 09.05.2017)
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Eisen- und Stahlwerkstoffe (WS 2016/2017 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Peter Felfer, Mo, 14:15 - 15:45, 3.31, Martensstr. 5)
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Hochtemperaturwerkstoffe und Intermetallische Phasen (WS 2016/2017 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Steffen Neumeier, Mi, 15:15 - 16:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 19.10.2016)
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Tribologie und Oberflächentechnik (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Heinz Werner Höppel, Mo, 12:15 - 13:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 08.05.2017)
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Ermüdungsverhalten von Metallen und Legierungen (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Heinz Werner Höppel, jede 2. Woche Di, 10:30 - 12:00, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 02.05.2017)
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Biomechanik: Mechanische Eigenschaften biologischer Materialien (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle et al., Mo, 8:15 - 9:45, H8; Beginn: 08.05.2017)
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Quantitative Gefügeanalyse (Stereologie) (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Heinz Werner Höppel, Mi, 10:15 - 11:45, 3.31, Martensstr. 5; 2. Semesterhälfte, Termine nach Bekanntgabe)
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Röntgenmethoden in der Materialanalyse (SS 2017 - optional)
(Vorlesung, 1 SWS, Steffen Neumeier, jede 2. Woche Di, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5; Beginn: 02.05.2017)
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Einführung in die Finite Elemente Methode FEM (FEM-WWI) (SS 2017 - optional)
(Kurs, 1 SWS, Aruna Prakash, Einzeltermine am 1.8.2017, 9:00 - 13:00, 3.31, Martensstr. 5; 1.8.2017, 13:00 - 18:00, CIP Pool WW; Raum 3.31, Martensstr. 5 - Die. 01.08.2017, 09.00 Uhr)
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Numerische Methoden in den Werkstoffwissenschaften - Atomistische Methoden (SS 2017 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Erik Bitzek, Blockveranstaltung 26.4.2017-21.6.2017 Mi, 10:15 - 11:45, 0.157-115; Blockveranstaltung 28.6.2017-26.7.2017 Mi, 8:30 - 10:00, 0.157-115; Start: 03.05.2017)
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Rasterelektronenmikroskopie in Materialforschung und Nanotechnologie (WS 2016/2017 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Julian Müller et al., Mo, 08:15 - 09:45, 3.31, Martensstr. 5)
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Einweisung in die Bedienung der Rasterelektronenmikroskope (WS 2016/2017 - optional)
(Kurs, 2 SWS, Johannes Ast et al., Termine n. V.)
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Rastersondenmikroskopie / Nanoindentierung (WS 2016/2017 - optional)
(Vorlesung mit Übung, 3 SWS, Benoit Merle et al., Fr, 8:15 - 9:45, 3.31, Martensstr. 5; jede 2. Woche Fr, 14:00 - 15:30, CIP Pool WW; ab 4.11.2016)
Inhalt:
Angewandte Grundlagen I+II, V, 2x2 SWS, 6 ECTS
Im Blickpunkt steht die Beziehung zwischen Mikrostruktur / Aufbau der Werkstoffe und ihren mechanischen Eigenschaf-ten. Hierzu werden grundlegende Verformungs- und Schädigungsmechanismen besprochen und auf technisch relevante Legierungen übertragen.
Die Inhalte im Einzelnen:
Mechanische Eigenschaften (Ein- und Vielkristallverformung, Verformungsmechanismen)
Bruchmechanik (Grundlagen, Anwendungen)
mikrostruktureller und atomarer Aufbau auf unterschiedlichen Längenskalen sowie die daraus ableitbare Eigenschaften)
Verbundwerkstoffe
Simulationstechniken und deren Anwendung
Phasenumwandlungen und Ausscheidungskinetik
Übungen zu Angewandten Grundlagen I+II, 2x2 SWS, 4 ECTS
Anhand von Übungsaufgaben werden die Vorlesungsinhalte der VL Angewandte Grundlagen vertieft. Themenschwerpunkte:
Simulationstechniken
Verformungsmodelle
Ausscheidungskinetik
Experimentelle Techniken
Bruchmechanik
Kernfachpraktikum, 6 SWS, 6 ECTS
Praktische Vertiefung der Lehrinhalte der Vorlesungen Angewandte Grundlagen I & II
Versuche:
Wahlpflichtvorlesungen:
Aus folgenden Wahlpflichtvorlesungen kann ausgewählt werden(Mindestumfang: 14 ECTS): Anforderungen an einen Werkstoffingenieur in der industriellen Praxis, V+Ü, 1+1 SWS, 2,5 ECTS
Entwicklungsablauf im Unternehmen
Werkstoffnormung und Spezifikationen
Einführung in die Schadensanalyse
Umgang mit Patenten und Datenbanken
Werkstofftechnische Qualitätsaspekte
Aspekte der Umweltverträglichkeit
Anforderungen an soziale Kompetenz
Übergang von Normprüfkörpern auf Bauteilprüfung
Vertiefung der Vorlesungsinhalte an Fallbeispielen aus der Praxis und Gerätedemonstrationen (Übung)
Mikro-/ Nanomechanik, V, 1 SWS, 1,5 ECTS
Größeneffekte in der Plastizität
Mechanische Eigenschaften dünner Schichten, Pillars und Whiskers
Grenzflächenhaftfestigkeit dünner Schichten
Kontaktmechanik (elastisch + plastisch)
Nanoindentierung: Oliver/Pharr Methode, dynamische Indentierung
Schadensanalyse, V+Ü, 1+1 SWS, 2,5 ECTS
Grundlagen der Schadensanalyse metallischer werkstoffe
Anfordrungsgerechtes Vorgehensweisen nach VDI
Anwednung an Beispielfällen
Eisen- und Stahlwerkstoffe, V, 2 SWS, 3 ECTS
Grundlagen der Stahlherstellung
Grundlagen der Wärmebehandlungen
Eigenschaften und Anwendung der verschiedenen Stahlklassen
Schweißmetallurgie
Eigenschaften und Anwendungen von Eisengusswerkstoffen
Grundlagen der Schadensanalyse, VU, 2 SWS, 3 ECTS
Grundlagen der Schadensanalyse
Nachweisführung und Regelungen
Vertiefung an Beispielfällen aus der Praxis
Hochtemperaturwerkstoffe und Intermetallische Phasen, V, 2 SWS, 3 ECTS
Grundlagen der Hochtemperaturverformung
Struktur und Eigenschaften Intermetallischer Phasen
Vorstellung unterschiedlicher Werkstoffgruppen (Nickel- und Cobaltbasis-Superlegierungen, TiAl, FeAl, Oxidationsschutzschichten, Hochtemperaturstähle…) mit ihren jeweiligen Eigenschaften und Anwendungen
aktuelle Entwicklungen in diesem Gebiet
Tribologie und Oberflächentechnik, V, 2 SWS, 3 ECTS
Beschichtungstechnologien
Grundlagen der Tribologie
Verschleißmechanismen
Einführung in die Oberflächentechnik
Ermüdungsverhalten von Metallen und Legierungen, V, 1 SWS, 1,5 ECTS
Grundlagen der Wechselverformung und der Dauerschwingfestigkeit metallischer Werkstoffe
Bedeutung in der Praxis
Durchführung der Ermüdungsversuche
zyklisches Verformungs- und Sättigungsverhalten, zyklisches Gleitverhalten, ermüdungsinduzierte Gefügeänderungen
Bildung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen,
Ermüdungslebensdauer
Multiamplitudenbelastung
Weitere spezielle Ermüdungsthemen
Biomechanik (Merle/Prakash) V, 2 SWS, 3 ECTS
Quantitative Gefügeanalyse, V+Ü, 1 SWS, 1,5 ECTS
Röntgenmethoden in der Materialanalyse, V, 1 SWS, 1,5 ECTS
Grundlagen der Röntgen-/Synchrotron-/Neutronenbeugung
Experimentelle Methoden
Anwendung in der Materialanalyse (Gitterkonstantenbestimmung, Spannungsanalyse, Texturanalyse,…)
Einführung in die Finite Elemente Methode und Nanoindentierung an Schichten, Ü+P, 2 SWS, 2,5 ECTS
Numerische Methoden in den Werkstoffwissenschaften, V+Ü, 2 SWS, 3 ECTS
The aim of the course is to build the theoretical basis required to perform and analyze cutting-edge atomistic simulations in materials science, and to provide the students with a “computational toolbox” for the most common tasks in atomistic modeling. The focus of this course lies on direct hands-on teaching. The students will work on little projects related to current research topics. This will enable the students to independently perform simulations using classical molecular dynamics (MD) codes like IMD and QuantumEspresso for DFT calculations. Topics include:
General theory of atomistic simulations
Advanced methods for the generation of atomistic samples
MD integration algorithms for different thermodynamic ensembles (NVE,NVT,NPT)
Energy minimization algorithms and structure optimization
Introduction to Density Functional Theory
Determination of defect properties
Atomic interaction potentials, including EAM
Advanced analysis and visualization methods for atomistic samples
Monte Carlo and kinetic Monte Carlo methods
Modeling thermally activated events: transition state theory, nudged elastic band calculations, hyperdynamic
Rastersondenmikroskopie und Nanoindentierung, V+Ü, 3 SWS, 4 ECTS nur für MWT-Studierende!
Rastersondenmikroskopie
Experimenteller Aufbau (Rastersondenmikroskop und Sonden)
Rasterkraftmikroskopie (Betriebsmodi)
Rastertunnelmikroskopie (Tunneleffekt und Betriebsprinzip)
Bilddatenverarbeitung
Nanoindentierung
Grundlagen der Härteprüfung
Experimenteller Aufbau eines Nanoindenters
Grundlagen der Kontaktmechanik (Sneddon, Hertz)
Oliver-Pharr Auswertemethode
Fortgeschrittene Methoden zur Bestimmung lokaler mechanischer Eigenschaften (Dehnratenabhängigkeit, Fließspannung, theoretische Festigkeit, Dynamische Charakterisierung)
Rasterelektronenmikroskopie, V, 2 SWS, 3 ECTS
Komponenten eines REM
Elastische/inelastische Wechselwirkung Elektron-Probe, Wechselwirkungsvolumen, Sekundär-/Rückstreuelektronenerzeugung
Kontrastmechanismen mit Bezug auf die verschiedenen Detektorsysteme
Elektronenbeugung und ihre Anwendung im REM
Rastertransmissionsmikroskopie (STEM)
Quantitative Röntgenspektroskopie
Fokussierte Ionenstrahlen (Dual-Beam FIB, He-Ionenmikroskopie)
Präparationsspezifische Probleme
Anwendungsbeispiele
Lernziele und Kompetenzen:
- Fachkompetenz
- Evaluieren (Beurteilen)
- Folgende Lernziele werden angestrebt:
Vertieftes Erlernen und Beurteilen des vielfältigen strukturellen Aufbaus der Werkstoffe
Vertiefung des Verständnisses über die Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung, der Struktur und den Eigenschaften von Werkstoffen
Anwendung der Legierungsthermodynamik und Analysieren von Zustandsdiagrammen
Vertiefung des Wissens zu den mechanischen Eigenschaften und den Härtungsmechanismen
Erschließen und Überprüfen von Struktur-Eigenschaftskorrelationen
Eigenständiges Beurteilen von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen an Beispielen
Verständnis der Vorgänge und Eigenschaften von Werkstoffen auf verschiedenen Größenskalen
Erwerben fundierter Kenntnisse über die Grundlagen zum Aufbau der verschiedenen Werkstoffklassen, Charakterisieren unterschiedlicher Strukutren
Vertieftes Verstehen und Erklären des Zusammenhangs zwischen Aufbau, thermomechanischer Vorgeschichte und Eigenschaften der Werkstoffe
Erlernen, Anwenden, Klassifizieren und Beurteilen von Simulationsmethoden
Vertiefung der erlernten Inhalte durch Übungen und Praktikum; Erlernen und Anwenden von neuen Methoden
Je nach Auswahl der Wahlpflichtveranstaltungen werden folgende Lernziele zusätzlich erreicht:
Erlernen, Anwenden und Beurteilen von Vorgängen bei zyklischer-Verformung
Verstehen der Grundlagen der Biomechanik, Anwenden und Beurteilen des Wissens bei entprechenden Praxisbeispielen
Erlernen, Verstehen der Vorgänge bei Hochtemperaturbelastung und Evaluieren von Kriterien zur Auswahl von Werkstoffen und Beschichtungen für HT-Anwendungen
Verstehen und Analysieren von Vorgängen bei tribologischer Belastung
Erlernen, Verstehen und Auswählen von Beschichtungen für den Verschleißschutz; Aufstellen von Kritierien für eine beanspruchungsgerechte Auswahl
Erlernen der Grundlagen der Schadensanalyse und deren Anwendung an Beispielfällen, Aufstellen von Schadenshypothesen
Erlernen und Verstehen wichtiger Anforderungen aus dem industriellen Umfeld an das Berufsfeld, Einschätzen und Beurteilen unterschiedlicher Anforderungsprofile von Produkten in Bezug auf Priorität, Ökonomie und Ökologie
- Lern- bzw. Methodenkompetenz
- Neue Methodenkompetenzen, die erworben werden können:
Grundlegende Experimentiertechniken
Simulationstechniken
Grundlegende Mikroskopiertechniken
Quantitative Gefügeanalyse
Grundlegende Methoden der Röntgenbeugung
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | TechFak | Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science) | Module M1 - M3 (gegliedert nach Kernfächern) | Kernfach Allgemeine Werkstoffeigenschaften | 1. Werkstoffwissenschaftliches Modul (M1) | Allgemeine Werkstoffeigenschaften)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Kernfachpraktikum M1_WW1 (Prüfungsnummer: 62401)
- Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet
- weitere Erläuterungen:
Verbindliche Zulassungsvoraussetzung zum Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung (Termin und Ort nach besonderer Einladung an die registrierten Teilnehmer).
Verbindliche Teilnahmevoraussetzung für jeden Praktikumsversuch ist die erfolgreiche Erledigung des Vorprotokolls (Antestat).
Das Praktikum ist nur bestanden, wenn alle Versuche sowie alle Vor- und Nachprotokolle erfolgreich absolviert wurden (vollständige Testatkarte mit Nachweis für Vorprotokoll [Antestat], Versuchsdurchführung und Nachprotokoll [Abtestat] für jeden Versuch).
- Erstablegung: SS 2017
1. Prüfer: | Heinz Werner Höppel |
Kernfachprüfung M1_WW1 (Prüfungsnummer: 62402)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 40, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
Der Umfang der Prüfungen richtet sich nach den ausgewählten (optionalen) Wahlpflichtveranstaltungen.
- Prüfungssprache: Deutsch oder Englisch
- Erstablegung: WS 2016/2017
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UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
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