Schädigungsmechanische Multiskalenmodellierung zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit und Restfestigkeit oxidischer Feuerfestwerkstoffe durch gezielte Beeinflussung der Mikrostruktur

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Andreas Ricoeur
• Subject Area: Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2009 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 113950548

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung mikromechanisch und phänomenologisch motivierter Kontinuumsschädigungsmodelle zur Beschreibung des Einflusses von Mikrostruktur-, Geometrie- und Lastparametern auf die Temperaturwechselbeständigkeit von AZT-Feuerfestwerkstoffen bei Thermoschock und zur Berechnung der Restfestigkeit bei anschließender thermomechanischer Belastung. Neben der Vorhersage von Schädigungsmustern, beispielsweise durch das Wachstum vom Mikrorissnetzwerken, ermöglichen die Modelle die Simulation inelastischen konstitutiven Werkstoffverhaltens unter kombinierter thermomechanischer Beanspruchung. Im Rahmen einer Multiskalenmodellierung werden mikrostrukturelle Eigenschaften wie Mikrorisse, Poren, Korngrenzen oder Mikroverbundstrukturen in Zellmodellen abgebildet. Im Zuge einer Homogenisierung werden dann Materialgesetze abgeleitet, die in Verbindung mit einer Finite-Elemente-Implementierung Aussagen zum konstitutiven Verhalten und zur lokalen Schädigung des Materials ermöglichen. Auf der Makroebene des Bauteils wird so die Entstehung von Anrissen numerisch simuliert. Um die Restfestigkeit und Restlebensdauer z.B. im Sinne ertragbarer Thermoschockzyklen nach der Rissinitiierung zu bewerten, werden bruch- und schädigungsmechanische Ansätze kombiniert. Mit den entwickelten Berechnungswerkzeugen werden jene Arbeitsgruppen unterstützt, die durch gezielte Gefügeeinstellung die mechanischen Eigenschaften feuerfester keramischer Werkstoffe verbessern wollen. Die entwickelten numerischen Werkzeuge dienen zudem der Optimierung von Feuerfestkonstruktionen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1418: Refractory Initiation for Reduction of Emissions