Schädigungsmodellierung duktiler Materialien

Schädigungsmodellierung duktiler Materialien

In Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau werden gegenwärtig hoch beanspruchbare duktile Materialien eingesetzt. Um diese Werkstoffe effizient auszunutzen, werden diese auch planmäßig bis in den plastischen Bereich belastet. Dabei kommt es mikroskopisch zur Materialschädigung in Form von Mikroporen. Die Schädigung duktiler Materialien lässt sich in verschiedene Stadien einteilen. Ausgehend von einer idealen Matrix, in die Einschlüsse einer zweiten Phase eingebettet sind, entstehen bei Belastung an diesen Partikeln infolge eines zweidimensionalen Spannungszustands (belastungsfreie Oberfläche) Hohlräume. Durch Belastungssteigerung beginnen diese zu wachsen. Befinden sich mehrere Hohlräume in einem gewissen Bereich kann es zur Koaleszenz kommen (mikroskopischer Riss). Weitere Belastungssteigerung führt zu einen makroskopischen Riss, der in der Regel zum Versagen der Struktur führt.

Um die beschriebenen Phänomene in einer Simulation umsetzen zu können , bedient man sich der Finite-Elemente-Methode. Dazu benötigt man geeignete mechanische Modelle. Ausgehend von den einfachen Ansätzen von Kachanov haben sich mehrere leistungsstarke Schädigungsmodelle, wie das von Lemaitre, Rousselier und das von Gurson durchgesetzt.

Das Ziel der Forschung ist es, die Modelle weiter zu modifizieren, um Versagensmechanismen von Strukturen besser abbilden zu können.

Desweiteren sollen die kontinuumsmechanischen Modelle um kinematische Verfestigung erweitert werden. Dadurch wird es möglich die Ermüdung eines Werkstoffs zu simulieren.

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