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Werkstoffmodellierung  Verbundwerkstoffe
Je nach geometrischer Anordnung der Verbundphasen (Teilchen,
Durchdringungsgefüge, Langfasern) werden verschiedene
Typen von Modellen angewandt. Für teilchenverstärkte
Werkstoffe werden konstitutive Gleichungen oft aus dem
Verformungsfeld um ein einzelnes Teilchen mit Hilfe selbst
konsistenter oder verwandter Argumente entwickelt. Die
resultierenden konstitutiven Gleichungen für die
Bauteilsimulation haben meist die Form der klassischen
Plastizitätstheorie, allerdings mit gegenüber
dem Matrixmaterial veränderter Fließspannung
und mit anisotropen Eigenschaften, wenn die Mikrostruktur
statistisch anisotrop ist.
Die Beschreibung des Verbundwerkstoffs durch ein Kontinuum
erreicht jedoch ihre Grenzen, wenn die inneren Strukturelemente
des Werkstoffs nicht mehr klein gegen alle relevanten
Bauteilabmessungen sind.
Metallschäume
In den letzten Jahren hat das Interesse an Metallschäumen insbesondere aus Aluminium und Aluminiumlegierungen deutlich zugenommen. Das liegt zum einen an neuen Verfahrensentwicklungen, die eine höhere Qualität des geschäumten Metalls versprechen als auch an geänderten Rahmenbedingungen hinsichtlich der Anwendung von Werkstoffen. Die Anwendungsmöglichkeiten für Metallschäume sind vielfältig. Als besonders erfolgversprechend haben sich hier Energieabsorptionsanwendungen herausgestellt, die die große Festigkeit geschäumter Metalle kombiniert mit ihrem von der poräsen Struktur verursachten, stark nichtlinearen Verformungsverhalten ausnutzen. Die Charakterisierung des Verformungsverhaltens geschäumter Metalle ist deshalb eine wichtige Aufgabe, um solche Anwendungsfelder evaluieren zu können.
Modelle zur Beschreibung des Verformungsverhalten von Metallschäumen liegen sowohl für mesoskopische als auch für mikroskopische Skalen vor. Mesoskopische Modelle untersuchen das kontinuumsmechanische Verhalten mit thermodynamischen Ansätzen, mikrostrukturelle Modelle versuchen von mikroskopischen Effekten (Poren- und Zellformen) auf makroskopische Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit) mittels statistischer Methoden zu schließen. Zur Zeit wird am IFAM und am IWM an der Implementierung der mesoskopischen Modelle in Finite-Elemente-Programme (DYNA3D, ABAQUS) zur Untersuchung des dynamischen (Crash) und statischen Verhaltens von Metallschäumen gearbeitet. Als neuer Ansatz zur mikroskopischen Beschreibung poröser Strukturen können dichte regellose Voll- und Hohlkugelpackungen untersucht und simuliert werden.
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