A finite element unit cell model describing transformation induced plasticity

Titel in Übersetzung: Ein Einheitszellenmodell zur Beschreibung von transformationsinduzierter Plastizität

Eva Hasenhütl

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Abstract

TRIP (transformationsinduzierte Plastizität) in Stählen kann zu einem guten Kompromiss zwischen Duktilität und Festigkeit führen, weshalb dieses Materialverhalten besonders im Leichtbau wünschenswert ist. Frühere Experimente von Nagayama et al. beschäftigen sich mit diesem sogenannten TRIP Effekt. Als Testmaterial eignete sich dabei ein Cr-Ni-Mo-Al-Ti Maraging Stahl, welcher geringfügig über Raumtemperatur komplett von Austenit zu Martensit umwandelt. Um diese experimentellen Ergebnisse numerisch zu reproduzieren, wurde ein repräsentatives Volumselement (RVE) entwickelt, welches aus einzelnen finiten Elementen aufgebaut ist. Jedes dieser Elemente repräsentiert eine ursprünglich austenititsche Phase, die einer martensitischen Phasenumwandlung unterzogen wird. Während des Abkühlens wandeln willkürlich ausgewählte einzelne Elemente der Einheitszelle von Austenit zu Martensit um (element toggling technique) und folgen dabei einem vorgegebenen kinetischen Gesetz. Im selben Moment wird die Einheitszelle mit einer externen Spannung belastet, deren Verlauf während der Unterkühlung sowohl monoton als auch nichtproportional sein kann. Auf Integrationspunktebene der Einheitszelle kann die Gesamtdehnung in eine elastische Dehnung, eine plastische Dehnung, eine volumetrische Dehnung und eine Orientierungsdehnung aufgeteilt und deren einzelne Komponenten bestimmt werden. Die Finite Elemente Ergebnisse auf Integrationspunktebene (Mikrolevel) erlauben eine Berechnung der gemittelten Größen auf RVE-Ebene (Mesolevel). Daraus kann die Größe der TRIP Dehnung berechnet werden. Ferner ist eine quantitative Aufteilung dieser TRIP Dehnung in ihre beiden Anteile, der plastischen Dehnung zufolge des Greenwood-Johnson Effekts und der Orientierungsdehnung zufolge des Magee Effekts, möglich. Das numerische Modell liefert weiters die gemittelten Phasenspannungen auf RVE-Ebene. Diese Information über die Phasenspannungen dient als hilfreiche Eingabe für mikromechanische Modelle martensitisch umwandelnder Materialien. Das Einheitszellenmodell liefert eine gute Reproduzierbarkeit des Materialverhaltens für konstante Lastniveaus. Im Falle von Entlastungspfaden wird kein ausreichender Rückgang der TRIP Dehnung erreicht, wie das bei den Experimenten von Nagayama et al. festgestellt wurde. Trotzdem stimmen die Resultate der TRIP Dehnung nach völliger martensitischer Phasenumwandlung gut mit den zugehörigen experimentellen Daten überein. Dies gilt auch im Falle von nichtproportionalen Lastpfaden.
Titel in ÜbersetzungEin Einheitszellenmodell zur Beschreibung von transformationsinduzierter Plastizität
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung14 Dez. 2012
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2012

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • repräsentatives Volumselement
  • transformationsinduzierte Plastizität
  • element toggling technique
  • martensitische Phasenumwandlung

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