Schädigung und Versagen duktiler Metalle unter nichtproportionalen Lastpfaden: Experimente, Modellbildung und numerische Simulation

Prof. Dr.-Ing. Michael Brünig, Professur für Baumechanik, hat bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft das Projekt „Schädigung und Versagen duktiler Metalle unter nichtproportionalen Lastpfaden: Experimente, Modellbildung und numerische Simulationen“ erfolgreich eingeworben.

Laufzeit: 2017 - 2023
Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft - Sachbeihilfe

Aktuelle Entwicklungen im Leichtbau erzwingen immer höhere Anforderungen an die verwendeten Materialien. Daher muss sich die Frage nach detaillierten Kenntnissen über deren Eigenschaften ergeben, um mit Hilfe effizienter Berechnungen eine Vorhersage der Tragfähigkeit, der Sicherheit und der Lebensdauer von Bauteilen und innovativen Leichtbaustrukturen unter den zu erwartenden Belastungsbedingungen treffen zu können. Aus diesem Grund sind systematische experimentelle Untersuchungen mit reproduzierbaren Versuchen insbesondere mit nichtproportionalen Lastpfaden, die alle relevanten Spannungszustände abdecken, unabdingbar. Hierzu werden Experimente mit biaxial beanspruchten metallischen Versuchskörpern durchgeführt, um Schädigungs- und Versagensmechanismen für verschiedene nichtproportionale Lastpfade und eine große Bandbreite von Spannungszuständen bis zum endgültigen Versagen analysieren zu können.

Daneben werden numerische Simulationen auf der Mikroskala durchgeführt, um vom Spannungszustand und der Spannungsgeschichte abhängige Parameter, die aus den Experimenten nicht abgeleitet werden können, bestimmen zu können. Hierauf aufbauend wird ein Schädigungs- und Versagensmodell vorgeschlagen, das zur Analyse des Deformations- und Versagensverhaltens von duktilen Metallen unter nichtproportionalen Belastungsbedingungen eingesetzt werden soll.

Als wissenschaftliche Zielsetzung ist vor allem die Festlegung biaxialer Standardexperimente mit zu untersuchenden nichtproportionalen Lastpfaden vorgesehen, die zur Aufdeckung von Schädigungs- und Versagensmechanismen für unterschiedliche Spannungsgeschichten bei der Sicherheits- und Lebensdaueranalyse im konstruktiven Ingenieurbau, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie im Fahrzeug- und Schiffbau eingesetzt werden können.