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A-Bereich: Semi-analytische Methoden zur Vorhersage des Materialverhaltens mikrostrukturierter Werkstoffe

Ansprechpartnerin: Dr.-Ing. Katja Jöchen

Motivation und Ziele
Das lineare und nichtlineare Materialverhalten mikrostrukturierter Materialien, wie Verbundmaterialien oder polykristalliner Werkstoffe, wird neben dem konstitutiven Verhalten der einzelnen Materialphasen bestimmt durch deren Volumenverteilung, die Anordnung und die Morphologie. Ziel dieser Arbeit ist es, durch vereinfachende Annahmen numerisch effektive Methoden abzuleiten, die es ermöglichen, unter Berücksichtigung verschiedener Mikrostrukturparameter eine möglichst genaue aber rechenzeiteffektive Vorhersage des Materialverhaltens auf der Makroebene zu treffen.

Untersuchungen Ergebnisse
Es wird ein Homogenisierungsverfahren eingesetzt, das sowohl die Ein- als auch die Zweipunktstatistik der Mikrostruktur berücksichtigt. Diese neue Methode, die auf konstanten Spannungspolarisationen und einem homogenen Vergleichsmaterial basiert und damit einer Erweiterung des Hashin-Shtrikman Ansatzes entspricht, ermöglicht eine Vorhersage von Spannungs- und Dehnungsfluktuationen im mikrostrukturierten nichtlinearen Material. Die Homogenisierungsmethode wird speziell am Beispiel der Texturentwicklung während des Kaltwalzprozesses validiert.
Mit Hilfe der Variation der Steifigkeit des Vergleichsmaterials zwischen den Extremwerten 'unendlich weich' und 'unendlich steif' ist es möglich, sehr unterschiedliche Texturcharakteristiken während der Walzsimulation vorherzusagen. In den Extremfällen entspricht die Vorhersage einer Taylor- bzw. Sachs-Textur. Durch Anpassung des Vergleichsmaterials und der Berücksichtigung von heterogenen Kristallreorientierungsgeschwindigkeiten lässt sich die experimentell gemessene Textur sehr gut und rechentechnisch deutlich effektiver als mit FE²-Methoden vorhersagen