Forschungsprojekt: Initiierung und Fortschritt von Ermüdungsrissen in plastischen Materialien mit deformationsinduzierter Anisotropie

Metallische Bauteile unterliegen häufig in Zeit und Raumrichtung beliebigen „Mixed-Mode-Beanspruchungen“. Dabei kann sich das Material abhängig von der Belastungsgeschichte richtungsabhängig verfestigen. Wie man basierend auf den Gesetzen der Elastoplastizität das rotatorische und formative Verfestigungsverhalten und mithilfe der Phasenfeldmethode dann den zugehörigen Ermüdungsrissfortschritt ermitteln kann, wird in diesem Vorhaben untersucht.

Projektbezeichnung Initiierung und Fortschritt von Ermüdungsrissen in plastischen Materialien mit deformationsinduzierter Anisotropie
Projektpartner
Laufzeit von 1.8.2022 bis 30.11.2025
Fördergeber DFG
Forschungsfeld

 M+M

(E+E > Energy + Environment,
I+I > Information + Intelligence
M+M > Matter + Materials)
Projektinhalt
Das Ziel des Vorhabens ist, Ermüdungsrissfortschritt mit Hilfe der Phasenfeldmethode zu simulieren und dabei den Einfluss von Verfestigung auf Initiierung und Fortschritt bei metallischen Werkstoffen zu untersuchen. Die theoretischen Ziele enthalten die thermodynamisch konsistente Formulierung eines Elastoplastizitätsmodells, gekoppelt mit Schädigung. Das Modell soll isotrope, kinematische, rotatorische und formative Verfestigung berücksichtigen. Die Modellierung der Schädigung erfolgt mit Hilfe einer skalaren Variablen und ihres Gradienten, was den Ansätzen der Phasenfeldtheorie entspricht. Als geeigneter thermodynamischer Rahmen wird eine nicht-standard Thermodynamik angenommen. Die zentralen Punkte dieses Teils sind die Modellierung der Anisotropie in der Fließfunktion und die Formulierung und Untersuchung der Ansätze für das Phasenfeld, sowie die Verallgemeinerung des Modells auf große Deformationen. Die experimentellen Ziele umfassen Versuche zum Verfestigungs- und Ermüdungsverhalten mit jeweils unterschiedlichen Probengeometrien. Hier steht die experimentelle Erfassung der Rotation von Fließortskurven im Vordergrund. Zu den numerischen Zielen gehört zum einen die Integration der Material- und Feldgleichungen mit Hilfe der Finiten Elemente Methode und zum anderen die Erarbeitung einer Extrapolationsmethode zur Berechnung großer Zyklenzahlen. Die Besonderheiten in diesem Teil liegen in der Integration von Elastoplastizitätsgleichungen mit Abhängigkeit vom Gradienten der Schädigung.