Modeling strategies for structural phase transformations in shape memory alloys and steels

Titel in Übersetzung: Modellierungsstrategien für athermische Phasentransformationen in Formgedächtnislegierungen und Stählen

Michael Fischlschweiger

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Athermische strukturelle Phasentransformationen in Festkörpern (martensitische Phasentransformationen) sind in unterschiedlichen Werkstoffen wie zum Beispiel Formgedächtnislegierungen, Stählen, Polymeren, Keramiken und Proteinen von markanten makroskopischen Struktur-Eigenschaftsveränderungen begleitet. Durch spezielle transformationsbedingte Dehnungsentwicklungen sowie Steifigkeitsveränderungen des Werkstoffes eignen sich diese Materialien für den Einsatz als Sensoren, Aktuatoren, Dämpfungselemente sowie für den konstruktiven Leichtbau. Zur Gewährleistung einer optimalen und robusten Produktentwicklung ist die Forderung von neuen Modellierungsstrategien zur Vorhersage der mechanischen Eigenschaften dieser Materialien in Abhängigkeit von extern aufgebrachten multiaxialen Lasten unabdingbar. Der multiskalige Charakter der martensitischen Phasentransformation stellt ganz besondere Herausforderungen für die Materialmodellierung dar. Diese Arbeit befasst sich mit der theoretischen und numerischen Analyse der athermischen strukturellen Phasentransformation in Formgedächtnislegierungen und Stählen. Ein Kernpunkt ist es Tools zu entwickeln, die es ermöglichen, die unterschiedlichen Skalen miteinander zu verknüpfen und demnach einen optimalen Informationstransport von der Nanoskala bis zur Makroskala zu erreichen. Im ersten Teil der Arbeit werden auf Basis der statistischen Physik Ansätze entwickelt, mit deren Hilfe die mechanischen Eigenschaften und Konsequenzen der reversiblen martensitischen Transformation vorhergesagt werden können. Mit dieser Modellierungsstrategie wird die Phasentransformation natürlich, ohne die Definition von kritischen thermodynamischnen Triebkräften ausgelöst. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der kontinuumsmechanischen Modellierung der irreversiblen martensitischen Phasentransformation im Rahmen des thermodynamischen Nichtgleichgewichts und verwendet dabei bereits entwickelte Elemente und identifizierte Mechanismen des ersten Teils. Vor allem die Verwendung der Skalenübergangsregel ermöglicht einen effizienten Informationsaustausch zwischen der Meso- und der Makroskala. Experimentelle Daten stehen in sehr guter Übereinstimmung mit den Modellergebnissen und bestätigen somit die Modellvorhersagekraft. Im Rahmen dieser Arbeit sind Modellierungskonzepte für martensitische Phasentransformationen entwickelt worden, die nun neue Wege im Design von Materialien sowie in der Produktentwicklung ermöglichen.
Titel in ÜbersetzungModellierungsstrategien für athermische Phasentransformationen in Formgedächtnislegierungen und Stählen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
  • Cailletaud, Georges, Mitbetreuer (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2012

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Multiskalige Materialmodellierung
  • Entwicklung von Konstitutivgesetzen
  • Mechanik der strukturellen Phasentransformationen

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