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11	Untersuchung zur elektromagnetischen Strömungskontrolle mittels externer Magnetfelder bei der VGF-Kristallzüchtung Niemietz, Kathrin 05 December 2013 (has links) (PDF) Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Kontrolle und Beeinflussung der Schmelzströmung beim Vertical Gradient Freeze- (VGF-) Verfahren durch magnetische Wechselfelder, wobei speziell der Einfluss von rotierenden und wandernden Magnetfeldern auf den Stoff- und Wärmetransport untersucht wird. Das Potential der VGF-Magnetfeldzüchtung für die Reduktion der thermischen Spannungen bei der Züchtung von Ge- und GaAs-Kristallen wird demonstriert. Anhand von Experimenten zur Gasphasendotierung von Ge-Einkristallen mit Zink werden außerdem die Vorteile des Magnetfeldeinsatzes für eine effektive Durchmischung der Schmelze und für eine Reduzierung der radialen Dotierstoffsegregation gezeigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von züchtungsrelevanten Modellanordnungen für systematische Strömungsexperimente mit niedrig schmelzenden Legierungen. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der magnetfeldinduzierten Strömung und der thermische Auftriebströmung beim VGF-Verfahren direkt untersucht werden. VGF-Kristallzüchtung magnetfeldinduzierte Schmelzströmung Modellexperimente VGF-crystal growth model experiments TMF RMF ddc:620 Kristallzüchtung Germanium Galliumarsenid Magnetfeld Strömung
12	Verhalten und Lebensdauer einer intermetallischen Legierung auf Basis von gamma-TiAl unter thermomechanischer Beanspruchung Roth, Marcel 17 August 2010 (has links) (PDF) Die Eigenschaften der kommerziell verfügbaren Hochtemperaturwerkstoffe bestimmen den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit von Flug- und Industriegasturbinen sowie Motoren. Da die breit eingesetzten Nickelbasis-Werkstoffe mit etwa 8-8,5 g/cm^3 eine verhältnismäßig hohe Dichte aufweisen, wird seit Jahrzehnten nach alternativen Werkstoffen gesucht. Da besonders die Titanaluminide, speziell die stark Nb-haltigen gamma-TiAl-Legierungen (TNB-Legierungen), mit einer Dichte von ca. 4,5 g/cm^3 einen beträchtlichen Dichtegewinn gegenüber den Nickelbasis-Superlegierungen bieten, haben Legierungen auf dieser Basis das größte Potenzial, um die Nickelbasis-Superlegierungen teilweise zu ersetzen. Im Fluggasturbinenbau ist die Anwendung für den hinteren Teil des Hochdruckverdichters und die letzten Stufen der Turbine angedacht. Dabei sollen Schaufeln, Gehäuse und Anbauteile aus modernen gamma-TiAl-Legierungen zum Einsatz kommen. Für die Auslegung dieser Bauteile sind umfassende Kenntnisse des Werkstoffverhaltens zwingend notwendig. Treten im Betrieb hohe Temperaturgradienten in den Bauteilen auf, so muss besonders auch das thermomechanische Ermüdungsverhalten betrachtet werden. Dieses stellt insbesondere für den Einsatz in Gasturbinen einen relevanten Schädigungsmechanismus dar. Inhalt dieser Arbeit war die Charakterisierung des thermomechanischen Verformungs- und Ermüdungsverhaltens der modernen gamma-TiAl-Legierung TNB-V5. Dabei wurden die Einflüsse der Mikrostruktur, der Phasenbeziehung zwischen thermischer und mechanischer Beanspruchung, des Temperaturbereiches und der Höhe der mechanischen Beanspruchung untersucht. Zum Verständnis der Ergebnisse wurden moderne Methoden der Mikrocharakterisierung angewandt. Zur Beschreibung des Lebensdauerverhaltens wurden der Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und der Schädigungsparameter PHL nach Haibach und Lehrke erfolgreich angewandt. Es wurden folgende, wesentlich über den bisherigen Stand des Wissens hinausgehende Erkenntnisse gewonnen: Eine Beanspruchung mit der Phasenbeziehung Clockwise-Diamond (CD) bzw. Counter-Clockwise-Diamond (CCD) führt im Gegensatz zur In-Phase- (IP) oder Out-of-Phase- (OP) Beanspruchung nur zu geringen Unterschieden zwischen den Beträgen der Ober- und der Unterspannung. Unter CD- und CCD-Beanspruchung kommt es zu nahezu keinen bzw. im Vergleich zur IP- und OP-Beanspruchung deutlich geringeren Zug- oder Druckmittelspannungen. Des Weiteren unterscheiden sich die Spannungs-Dehnungs-Hysteresekurven unter CD- bzw. CCD-Beanspruchung nur sehr wenig. Die Bruchlastspielzahlen der CD- und CCD-Versuche liegen immer zwischen denen der IP- und OP-Versuche. Für eine Lebensdauervorhersage unter thermomechanischer Beanspruchung sind die Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und PHL nach Haibach und Lehrke gut geeignet, wenn der Versuchs- bzw. Anwendungstemperaturbereich Temperaturen oberhalb des Spröd-Duktil-Überganges (ca. 750°C) beinhaltet. Ist dies der Fall, dann weichen die experimentell ermittelten Lebensdauern im betrachteten Bereich (Bruchlastspielzahl ca. 50 – 3000) maximal um den Faktor ±3 von den vorhergesagten Werten ab. Der Einfluss der Mikrostruktur auf das zyklische Verformungs- und Ermüdungsverhalten ist unter den betrachteten Bedingungen überraschend gering. Die Mikrostrukturen Near-Gamma und Duplex zeigen unter allen Versuchsbedingungen vergleichbare Lebensdauern, während das Fully-Lamellar-Gefüge tendenziell etwas höhere Lebensdauern aufweist. Weiterhin stellen die gewonnenen Ergebnisse eine wertvolle Datenbasis für die Auslegung von thermomechanisch beanspruchten Komponenten im Turbinen- und Motorenbau dar. TiAl TME Thermomechanische Ermüdung TNB-V5 TiAl TMF thermomechanical fatigue TNB-V5 ddc:620 rvk:ZM 4640 rvk:ZM 3200 rvk:ZM 3400
13	Verhalten und Lebensdauer einer intermetallischen Legierung auf Basis von gamma-TiAl unter thermomechanischer Beanspruchung Roth, Marcel 25 June 2010 (has links) Die Eigenschaften der kommerziell verfügbaren Hochtemperaturwerkstoffe bestimmen den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit von Flug- und Industriegasturbinen sowie Motoren. Da die breit eingesetzten Nickelbasis-Werkstoffe mit etwa 8-8,5 g/cm^3 eine verhältnismäßig hohe Dichte aufweisen, wird seit Jahrzehnten nach alternativen Werkstoffen gesucht. Da besonders die Titanaluminide, speziell die stark Nb-haltigen gamma-TiAl-Legierungen (TNB-Legierungen), mit einer Dichte von ca. 4,5 g/cm^3 einen beträchtlichen Dichtegewinn gegenüber den Nickelbasis-Superlegierungen bieten, haben Legierungen auf dieser Basis das größte Potenzial, um die Nickelbasis-Superlegierungen teilweise zu ersetzen. Im Fluggasturbinenbau ist die Anwendung für den hinteren Teil des Hochdruckverdichters und die letzten Stufen der Turbine angedacht. Dabei sollen Schaufeln, Gehäuse und Anbauteile aus modernen gamma-TiAl-Legierungen zum Einsatz kommen. Für die Auslegung dieser Bauteile sind umfassende Kenntnisse des Werkstoffverhaltens zwingend notwendig. Treten im Betrieb hohe Temperaturgradienten in den Bauteilen auf, so muss besonders auch das thermomechanische Ermüdungsverhalten betrachtet werden. Dieses stellt insbesondere für den Einsatz in Gasturbinen einen relevanten Schädigungsmechanismus dar. Inhalt dieser Arbeit war die Charakterisierung des thermomechanischen Verformungs- und Ermüdungsverhaltens der modernen gamma-TiAl-Legierung TNB-V5. Dabei wurden die Einflüsse der Mikrostruktur, der Phasenbeziehung zwischen thermischer und mechanischer Beanspruchung, des Temperaturbereiches und der Höhe der mechanischen Beanspruchung untersucht. Zum Verständnis der Ergebnisse wurden moderne Methoden der Mikrocharakterisierung angewandt. Zur Beschreibung des Lebensdauerverhaltens wurden der Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und der Schädigungsparameter PHL nach Haibach und Lehrke erfolgreich angewandt. Es wurden folgende, wesentlich über den bisherigen Stand des Wissens hinausgehende Erkenntnisse gewonnen: Eine Beanspruchung mit der Phasenbeziehung Clockwise-Diamond (CD) bzw. Counter-Clockwise-Diamond (CCD) führt im Gegensatz zur In-Phase- (IP) oder Out-of-Phase- (OP) Beanspruchung nur zu geringen Unterschieden zwischen den Beträgen der Ober- und der Unterspannung. Unter CD- und CCD-Beanspruchung kommt es zu nahezu keinen bzw. im Vergleich zur IP- und OP-Beanspruchung deutlich geringeren Zug- oder Druckmittelspannungen. Des Weiteren unterscheiden sich die Spannungs-Dehnungs-Hysteresekurven unter CD- bzw. CCD-Beanspruchung nur sehr wenig. Die Bruchlastspielzahlen der CD- und CCD-Versuche liegen immer zwischen denen der IP- und OP-Versuche. Für eine Lebensdauervorhersage unter thermomechanischer Beanspruchung sind die Schädigungsparameter PSWT nach Smith, Watson und Topper und PHL nach Haibach und Lehrke gut geeignet, wenn der Versuchs- bzw. Anwendungstemperaturbereich Temperaturen oberhalb des Spröd-Duktil-Überganges (ca. 750°C) beinhaltet. Ist dies der Fall, dann weichen die experimentell ermittelten Lebensdauern im betrachteten Bereich (Bruchlastspielzahl ca. 50 – 3000) maximal um den Faktor ±3 von den vorhergesagten Werten ab. Der Einfluss der Mikrostruktur auf das zyklische Verformungs- und Ermüdungsverhalten ist unter den betrachteten Bedingungen überraschend gering. Die Mikrostrukturen Near-Gamma und Duplex zeigen unter allen Versuchsbedingungen vergleichbare Lebensdauern, während das Fully-Lamellar-Gefüge tendenziell etwas höhere Lebensdauern aufweist. Weiterhin stellen die gewonnenen Ergebnisse eine wertvolle Datenbasis für die Auslegung von thermomechanisch beanspruchten Komponenten im Turbinen- und Motorenbau dar. info:eu-repo/classification/ddc/620 ddc:620
14	A Simplified Approach to Thermomechanical Fatigue and Application to V-shaped Notches Bouchenot, Thomas 01 August 2013 (has links) A vast array of high value parts in land- and air-based turbomachinery are subjected to non-isothermal cycling in the presence of mechanical loading. Crack initiation, growth and eventual failure more significantly reduce life in these components compared to isothermal conditions. More accurate simulation of the stress and strain evolution at critical locations of components, as well as test specimens, can lead to a more accurate prediction of remaining life to a structural integrity specialists. The focus of this thesis is to characterize the effects of thermomechanical fatigue (TMF) on generic turbomachinery alloy. An expression that can be used to estimate the maximum and minimum stress under a variety of loading conditions is formulated. Analytical expressions developed here are modifications of classic mechanics of materials methods (e.g. Neuber's Rule and Ramberg-Osgood). The novel models are developed from a collection of data based on parametric finite element analysis to encompass the complex load history present in turbine service conditions. Relevance of the observations and formulated solutions are also explored for the case of a tensile specimen containing a v-shaped notch. Accurate estimations of non-isothermal fatigue presented here endeavor to improve component lifing and decrease maintenance costs. Mechanical Engineering
15	Thermo-mechanical fatigue crack growth modeling of a nickel-based superalloy Barker, Vincent Mark 10 May 2011 (has links) A model was created to predict the thermo-mechanical fatigue crack growth rates under typical engine spectrum loading conditions. This model serves as both a crack growth analysis tool to determine residual lifetime of ageing turbine components and as a design tool to assess the effects of temperature and loading variables on crack propagation. The material used in the development of this model was a polycrystalline superalloy, Inconel 100 (IN-100). The first step in creating a reliable model was to define the first order effects that influence TMF crack growth in a typical engine spectrum. Load interaction effects were determined to be major contributors to lifetime estimates by influencing crack growth rates based upon previous load histories. A yield zone model was modified to include temperature dependent properties that controlled the effects of crack growth retardation and acceleration based upon overloads and underloads, respectively. Multiple overload effects were included in the model to create enhanced retardation compared to single overload tests. Temperature interaction effects were also considered very important due to the wide temperature ranges of turbine engine components. Oxidation and changing temperature effects were accounted for by accelerating crack growth in regions that had been affected by higher temperatures. Constant amplitude crack growth rates were used as a baseline, upon which load and temperature interaction effects were applied. Experimental data of isolated first order effects was used to calibrate and verify the model. Experimental data provided the means to verify that the model was a good fit to experimental results. The load interaction effects were described by a yield zone model, which included temperature dependent properties. These properties were determined experimentally and were essential in the model's development to include load and temperature contributions. Other interesting factors became apparent through testing. It was seen that specific combinations of strain rate and temperature would lead to serrated yielding, discovered to be the Portevin-Le Chatelier effect. This effect manifested itself as enhanced hardening, leading to unstable strain bursts in specimens that cyclically yielded while changing temperature. Thermo-mechanical fatigue TMF PLC effect Crack growth modeling Fatigue Superalloy Temperature interaction Load interaction Inconel 100 IN100 Heat resistant alloys Nickel alloys Fatigue Service life (Engineering) Turbines
16	Untersuchung zur elektromagnetischen Strömungskontrolle mittels externer Magnetfelder bei der VGF-Kristallzüchtung Niemietz, Kathrin 12 July 2013 (has links) Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Kontrolle und Beeinflussung der Schmelzströmung beim Vertical Gradient Freeze- (VGF-) Verfahren durch magnetische Wechselfelder, wobei speziell der Einfluss von rotierenden und wandernden Magnetfeldern auf den Stoff- und Wärmetransport untersucht wird. Das Potential der VGF-Magnetfeldzüchtung für die Reduktion der thermischen Spannungen bei der Züchtung von Ge- und GaAs-Kristallen wird demonstriert. Anhand von Experimenten zur Gasphasendotierung von Ge-Einkristallen mit Zink werden außerdem die Vorteile des Magnetfeldeinsatzes für eine effektive Durchmischung der Schmelze und für eine Reduzierung der radialen Dotierstoffsegregation gezeigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von züchtungsrelevanten Modellanordnungen für systematische Strömungsexperimente mit niedrig schmelzenden Legierungen. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der magnetfeldinduzierten Strömung und der thermische Auftriebströmung beim VGF-Verfahren direkt untersucht werden. info:eu-repo/classification/ddc/620 ddc:620
17	Design of Perimeter Walls in Tubed Mega Frame Structures / Dimensionering av omslutande tvärväggar i TMF-konstruktioner Fall, Niklas, Hammar, Viktor January 2014 (has links) The Tubed Mega Frame is a new concept for constructing high-rise buildings,based on the idea of moving the main bearing system to the perimeter of thebuilding by using a number of large hollow columns, mega tubes, connected byperimeter walls at certain levels. The concept is under development by Tyréns ABand has not yet been implemented in reality. This thesis is part of the ongoing workprocess and has the aim of shedding light on the issues and problems with the newconcept when it comes to the perimeter walls. The perimeter walls are an essential part of the Tubed Mega Frame structure sincethey provide the main lateral stability of the structure by connecting the mega tubesand transferring lateral loads between them. It is therefore of big importance thatthe walls are designed and constructed to withstand all the loads they wouldpossibly be exposed to.In this thesis a perimeter wall in a prototype building of the Tubed Mega Framehave been analysed, designed and tested using non-linear FE-analysis in the pursuitof create a better understanding in how the perimeter walls works and should bedesigned. To begin with, a global analysis was performed to obtain the forces acting on themost critical perimeter wall. The stresses in the wall were then analysed in order tocreate an appropriate strut-and-tie model used to determine the reinforcementdesign for the specified perimeter wall. The perimeter wall was designed for amaximum shear force of 14.5 MN and corresponding moment of 87 MNm usingstrut-and-tie model according to American standards, ACI 318-11. The final step was to verify the design using the non-linear FE-analysis programATENA. A model of the reinforced wall was analysed with two different loadcases; one were the resistance was determined by unidirectional deformation untilfailure and one were the effects of cyclic loading was considered by initialdeformation corresponding to service loads prior to failure loading. The resistanceobtained from the first load case was 46.8 MN and for the second 19.1 MN usingmean values for material properties. In order to obtain a design resistance of the wall in the non-linear analysis, a globalsafety factor was determined by using the ECOV method. The design resistance were 39.9 and 13.5 for the two load cases respectively. / Tubed Mega Frame (TMF) är ett nytt koncept för att bygga höghus som bygger påidén om att flytta det bärande systemet till omkretsen av byggnaden med hjälp avett antal stora ihåliga pelare, megatuber, anslutna med omslutande tvärväggar påvissa våningsplan. Konceptet är under utveckling av Tyréns AB och har ännu integenomförts i verkligheten. Detta examensarbete är en del i den pågående processenoch målet är att belysa frågor och problem som finns med det nya konceptet närdet gäller de omslutande tvärväggarna. De omslutande tvärväggarna är en vital del av Tubed Mega Frame eftersom debidrar till huvudsakliga sidostabiliteten i byggnaden genom att sammankopplamegatuberna och överföra horisontalkrafter mellan dem. Det är därför av stor viktatt väggarna är konstruerade och tillverkade för att stå emot alla de belastningarsom de skulle kunna vara utsatta för. I detta examensarbete har en tvärvägg i en prototypbyggnad för Tubed MegaFrame analyserats, dimensionerats och testats med syftet att bidra till en bättreförståelse för hur tvärväggarna fungerar och bör utformas. Till att börja med har en global analys utförts för att erhålla de krafter som verkarpå den mest kritiska tvärväggen. Spänningarna i väggen analyserades sedan för attskapa en lämplig fackverksmodell som sedan användes för att bestämmaarmeringsutformning för den specificerade tvärväggen. Väggen dimensioneradesför en maximal tvärkraft på 14,5 MN och ett motsvarande moment på 87 MNmgenom att använda fackverksmetoden enligt amerikanska standarder, ACI 318-11. Det sista steget var att kontrollera konstruktionen med hjälp av det ickelinjära FE-analysprogrammet ATENA. En modell av den armerade väggen analyserades medtvå olika lastfall. I det första lastfallet genom att i en riktning deformera väggen tillbrott. I det andra lastfallet beaktades tidigare uppsprickning genom att först belastaväggen med en deformation motsvarande dess brukslast och sedan belasta väggen imotsatt riktning tills brott uppstod. Bärförmågan var 46,8 MN och 19,1 MN förrespektive lastfall, beräknat med medelvärden för materialegenskaper. För att erhålla en dimensionerande bärförmåga för väggen ur den ickelinjäraanalysen bestämdes en global säkerhetsfaktor med hjälp av ECOV-metoden.Dimensionerande bärförmåga var 39,9 MN och 13,5 MN för respektive lastfall. Concrete Skyscrapers Perimeter Walls Tubed Mega Frame non-linear FE-analysis Betong Tvärväggar Skyskrapor TMF-konstruktioner ickelinjär FE-analys Civil Engineering Samhällsbyggnadsteknik
18	Únavová odolnost a mechanizmy únavového poškození v materiálech pro vysoké teploty / Fatigue resistance and mechanisms of the fatigue damage in materials for high temperatures Petráš, Roman January 2021 (has links) Superaustenitická korozivzdorná ocel typu 22Cr25NiWCoCu určená pro vysokoteplotní aplikace v energetickém průmyslu byla studována za podmínek nízkocyklové únavy při pokojové a zvýšené teplotě. Jednotlivé vzorky byly podrobeny různým zátěžným procedurám, což umožnilo studium materiálové odezvy spolu s mechanismem poškození. Křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklického napětí a Coffin-Mansonovy křivky byly vyhodnoceny. Únavová životnost materiálu byla diskutována s ohledem na uplatňované mechanismy poškození, které se vyvinuly za specifických zátěžných podmínek. Standardní izotermální únavové experimenty byly provedeny při pokojové a zvýšené teplotě. Hysterezní smyčky zaznamenané během cyklického zatěžování byly analyzovány pomocí zobecněné statistické teorie hysterezní smyčky. Pro různé amplitudy napětí byla určena jak distribuce hustoty pravděpodobnosti interních kritických napětí (dále PDF), tak rovněž zjištěn její vývoj během cyklického namáhání. Zjištěné průběhy PDF byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního dislokačního uspořádání zdokumentované pro obě teploty pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) vybavené technikou fokusovaného iontového svazku (FIB), která umožnila rovněž efektivní studium nukleace povrchových únavových trhlin. Při cyklickém zatížení při pokojové teplotě byla pozorována lokalizace cyklické plastické deformace do perzistentních skluzových pásů (PSP). V místech, kde tyto PSP vystupují na povrch materiálu byly pozorovány perzistentní skluzové stopy (PSS) tvořené extruzemi a intruzemi. Postupné prohlubování intruzí, zejména na čele nejhlubší intruze, vede k iniciaci únavové trhliny. Odlišný mechanismus tvorby trhlin byl zjištěn při únavové zkoušce při zvýšené teplotě, kde zásadní roli hrál vliv prostředí. Rychlá oxidace hranic zrn a jejich následné popraskání představuje dominantní mechanismus v I. stádiu nukleace trhlin. Aplikace desetiminutové prodlevy v tahové části zátěžného cyklu vedlo k vývoji vnitřního (kavitačního) poškozování. Mechanismy vnitřního poškozování byly studovány na podélných řezech rovnoběžných s napěťovou osou zkušebních vzorků. Trhliny a jejich vztah k hranicím zrn a dvojčat byly studovány pomocí difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Vliv prodlevy na únavovou životnost byl korelován s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního poškození. Vzorky z uvedené oceli byly rovněž podrobeny zkouškám termomechanické únavy (TMF), při nichž se v čase mění jak zátěžná síla tak i teplota. Termomechanické únavové zkoušky v režimu soufázném (in-phase) a protifázném (out-of-phase) byly provedeny jak s prodlevou, tak i bez ní. Ve všech případech bylo pozorováno rychlé cyklické zpevnění bez ohledu na použitou amplitudu deformace, u vzorků testovaných v out-of-phase režimu byla zjištěna tendence k saturaci. Zkoumáním povrchového reliéfu za pomocí technik SEM a FIB byla odhalena přednostní oxidace hranic zrn a následné praskání těchto hranic kolmo k ose zatížení. Prodlevy v cyklech při maximálním napětí vedly ke zvýšení amplitudy plastické deformace a následně ke creepovému poškození ve formě vnitřních kavit a trhlin. Interkrystalické šíření trhlin bylo pozorováno na vzorcích testovaných v režimu in-phase. Vývoj poškození v režimu out-of-phase nebyl principiálně ovlivněn zařazením prodlevy do zátěžného cyklu. Charakteristickým znakem namáhání v režimu out-of-phase je nukleace několika trhlin v homogenní oxidické vrstvě jdoucích napříč zrny kolmo k ose zatěžování.
19	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 16 February 2018 (has links) (PDF) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. Metallurgie Kristallzüchtung Elektroprozesstechnik elektromagnetisches Prozessieren Optimierung Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate freie Oberfläche Interface-Tracking Induktion metallurgische MHD MHD Magnetodynamik Hydrodynamik Thermodynamik Magnetohydrodynamik OpenFOAM foam-extend Methodenentwicklung Softwareplattform Numerische Methoden Strömung mit freier Oberfläche Metalle Halbmetalle Silizium Wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Methode elektromagnetische Wechselfelder zeitharmonische Anregung Frequenzraum Blockmatrizen diskontinuierliche Materialeigenschaften magnetische Permeabilität elektrische Leitfähigkeit eingebettete Diskretisierung GFM Ghost-Fluid-Methode Mehrfeldproblem Multi-Physics Biot-Savart Biot-Savart-Gesetz Biot-Savart-Induktoren überlagerte Gitter ALE Gitterbewegung Kopplung FAM Finite-Flächen-Methode RMF rotierendes Magnetfeld TMF wanderndes Magnetfeld Validierung Maxwell Maxwell-Gleichungen Navier-Stokes Navier-Stokes-Gleichung inkompressibel Schmelze Lorentz-Kraft Induktor Konduktor Induktionsspulen Wirbelströme Wirbelstromproblem PISO Oberflächenspannung semi-gekoppelter Lösungsalgorithmus Diskretisierung Skineffekt AC quasistatische Approximation Magneto-Quasistatik metallurgy crystal growth electromagnetic processing optimization Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate free-surface interface-tracking Induction metallurgical MHD MHD magnetodynamics hydrodynamics thermodynamics magnetohydrodynamics OpenFOAM foam-extend method development software platform numerical methods free-surface flow metals metalloids silicon wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Method oscillating magnetic fields time-harmonic excitation frequency domain block-matrices discontinuous material properties magnetic permeability electrical conductivity embedded discretization GFM Ghost-Fluid-Method multi-physics Biot-Savart Biot-Savart-inductor overlapped meshes ALE mesh movement coupling FAM Finite-Area-Method RMF rotating magnetic field TMF traveling magnetic field validation Maxwell Maxwell-equations Navier-Stokes Navier-Stokes-equation incompressible melt melt flow Lorentz-force inductor conductor induction coil eddy-currents eddy-current problem PISO surface-tension semi-coupled solution discretization skin effect AC quasi-static approximation ddc:620 rvk:UF 4600
20	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 08 January 2018 (has links) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. info:eu-repo/classification/ddc/620 ddc:620

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