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Mehrskalenmodellierung von lokalisiertem duktilen Versagen

Mehrskalenmodellierung von lokalisiertem duktilen Versagen

Leitung:  P. Wriggers
Team:  H. Clasen
Jahr:  2012
Förderung:  DFG im Normalverfahren

In Umformprozessen erfahren polykristalline Metalle große inelastische Deformationen. In diesen heterogenen Materialien können diese Deformationen Mikrorisse- und Kavitäten hervorrufen, sodass Schädigung auftritt. Auf der Makroskala zeigen sich solche Mechanismen als lokalisierte plastische Deformationen, die duktiles Versagen verursachen können. 

Es existieren viele phänomenologische Materialmodelle, die duktile Schädigung vorhersagen. Um jedoch die Materialeigenschaften und Schädigungsmechanismen der vorliegenden Mikrostrukturen flexibel einzubinden, ist eine Mehrskalenformulierung notwendig. Die existierenden Multiskalenmodelle beschränken sich jedoch zumeist auf spröde Mikroschädigung. Aus diesem Grund soll in diesem Projekt eine Mehrskalenmethode entwickelt werden, die lokalisiertes plastisches Versagen aufgrund einer duktil schädigenden Mikrostruktur vorhersagen kann.

Grundlage für die Mehrskalenformulierung ist die Modellierung von duktiler, gradientenabhängiger Inelastizität für die heterogene Mesoskala. Eine numerische Homogenisierung eines solchen Materials mit zusätzlichen Freiheitsgraden wird erarbeitet. Dabei wird besonders auf die konsistente Linearisierung geachtet.

Letztlich wird das lokalisierte Versagen durch numerische Homogenisierung von Zwischenschichten beschrieben, die eine heterogene, duktil schädigende Mesostruktur aufweisen. Das Ergebnis ist eine vielseitige Formulierung für die Mehrskalenmodellierung duktilen Versagens in heterogenen Materialien, die in der Lage ist, Größeneffekte abzubilden. Dies ist die Grundlage für eine große Anzahl komplexer und physikalisch basierter Modelle inelastischer Mikrostrukturen.