Abbildung von physikalischen Nichtlinearitäten, Texturelementen und Anisotropien in Konstitutivbeziehungen kristalliner Werkstoffe
Alle werkstoffspezifischen Phänomene, die im Rahmen einer strukturmechanischen Berechnung mit Hilfe der Materialmodelle berücksichtigt werden, haben ihren Ursprung auf Ebenen kleinster Auflösung (mm, nm). Auf Grund der Heterogenität auf makroskopischer Ebene ist die Anwendung phänomenologischer Modelle oft gerechtfertigt. Soll jedoch das Verhalten eines Werkstoffes beschrieben werden, dessen Textur für das Werkstoffverhalten primär prägend ist, reichen die makroskopischen Modelle ohne Weiteres nicht aus. Ein Beispiel hierfür aus dem konstruktiven Stahlbau ist die Wärmeeinflusszone einer Schweißverbindung oder ein ausgeprägt zeiliger Baustahl. Noch vor der Frage nach der Modellqualität gilt es in diesem Fall eine Möglichkeit der Modellierung zu finden, die den Texturzustand berücksichtigt.
Der Einfluss der Textur auf das Materialverhalten eines Werkstoffes kann mit Hilfe unterschiedlicher mehrskaliger Methoden berücksichtigt werden, jedoch sind sie für die Beispiele - gewalzter ferritischer Stahl und Wärmeeinflusszone einer Schweißverbindung, die im konstruktiven Ingenieurbau weit verbreitet sind, zu komplex und zum Teil auch unbrauchbar. Das Ziel ist es, die Möglichkeit einer Werkstoffbeschreibung zu finden, die den mehrskaligen Berechnungsansatz in eine strukturmechanische Berechnung für die Zwecke des konstruktiven Ingenieurbaus integriert. Ein ferritischer Baustahl in seinem mikroskopischen Zustand, als ein 12-Elemente-Legierungssystem, ist in seiner Gesamtheit und Komplexität nicht beschreibbar. Hierbei erscheint es sinnvoll, die Konzentration auf die Meso- und Makro-Ebene zu beschränken. So wird es möglich, die Materialformulierung um den Aspekt der Textur, die sich in der Korngröße, -form und deren Verteilung auf der mesoskopischen Skala manifestiert, zu erweitern. Diese Texturmerkmale sind wiederum sehr stark vom Herstellungs-, bzw. Bearbeitungsprozess (thermomechanisches Walzen und Schweißen) abhängig und erfordern deren Berücksichtigung bei der Werkstoffbeschreibung. Wird der Werkstoff auf der mesoskopischen Ebene beschrieben, wird durch Homogenisierungsmethoden eine Kommunikation zur makroskopischen Ebene hergestellt. Eine adaptive Integration dieser erweiterten Materialformulierung in die strukturmechanische Berechnung soll die Anwendbarkeit der Methode gewährleisten.
Tutors: F. Werner, J. Hildebrand
Kontakt: Idna Wudtke