Einfluss der Lagenarchitektur und der Komponentenauswahl auf das quasistatische und zyklische bruchmechanische Verhalten metallischer Laminatwerkstoffe

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Heinz-Werner Höppel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492276977

Aus der Literatur ist von experimenteller Seite aus bekannt, dass sich bestimmte Eigenschaftssprünge (sog. „material inhomogeneity effects“) an Grenzflächen positiv auf die Ermüdungslebensdauern von Laminated Metallic Composites (LMCs) auswirken können. Auf der anderen Seite können existierende numerische Modelle Rissauf-spaltungs-, Delaminations- und Abschirmungseffekte der Rissspitzentriebkraft in der Nähe von einzelnen Grenzflächen mit Eigenschaftssprüngen quantitativ vorhersagen. Es ist allerdings derzeit nicht möglich, die Auswirkungen von unterschiedlichen Eigenschaftssprüngen an Grenzflächen auf die zyklische Rissausbreitung in LMCs, auf dessen Grundlage eine quantitative bruchmechanische Modellbeschreibung abgeleitet werden könnte, vorherzusagen.Übergeordnetes Ziel dieses Forschungsprojekts ist daher, die unterschiedlichen Auswirkungen von Eigenschaftssprüngen an Grenzflächen auf das bruchmechanische Verhalten unter zyklischer sowie auch unter quasistatischer Beanspruchung zu untersuchen und die entsprechenden werkstoffsystem-, laminatarchitektur- und beanspruchungsseitigen Einflussfaktoren sowie zugehörige Schädigungsmechanismen metallischer Laminate zu identifizieren. Darüber hinaus sollen die Auswirkungen zähigkeitssteigernder Mechanismen an Grenzflächen in LMCs auf die Schädigungsvorgänge mittels in-situ Versuchen im weltweit einzigartigen GK-REM identifiziert werden. Auf dieser Grundlage soll ein analytisches werkstoffübergreifendes Modell entwickelt werden, dass dem synergetischen Zusammenwirken der verschiedenen Einflussgrößen auf das bruchmechanische Verhalten Rechnung trägt. Basierend auf diesem Modell soll ein bruchmechanisch optimiertes Laminatdesign abgeleitet werden und anschließend zur Validierung des Modells hergestellt und untersucht werden.Dabei steht das Zusammenwirken von Eigenschaftssprüngen mit der lamellaren Architektur im Fokus. Den Einflüssen der Variation der lamellaren Architektur, wie die Grenzflächendichte und die Lagendicke, auf das bruchmechanische Verhalten soll neben den Effekten von Festigkeitssprüngen und Sprüngen im elastischen Modul an den Grenzflächen systematisch nachgegangen werden. Zur Untersuchung des Einflusses der Eigenschaftssprünge an den Grenzflächen sollen mittels des ARB-Prozesses gezielt unterschiedliche LMCs und Bimetalle hergestellt werden, die dann unter einer quasistatischen oder zyklischen Beanspruchung hinsichtlich ihrer bruchmechanischen Eigenschaften untersucht werden. Dadurch ist es möglich, die Einflussgrößen auf das bruchmechanische Verhalten isoliert und in Kombination miteinander im Detail zu verstehen und daraus ein optimiertes Werkstoffdesign abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen