Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den effektiven Steifigkeiten dreidimensionaler Materialproben und dünner Schichten
Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsprojekt wurde die Reduktion der Steifigkeit erörtert, die auftritt, wenn Materialien mit Mikrostrukturen als entweder ganzer Körper oder in Scheiben geschnittene Proben des Körpers einem Zugversuch unterzogen werden. Zusätzlich wurden zwei Beispiele aus der Praxis analysiert. Der sich ergebende niedrigere Elastizitätsmodul der geschnittenen Probe ist die Folge einer fehlenden Skalentrennung entlang der Scheibennormalen und einer Beschränkung auf den ebenen Spannungszustand. Die Richtung senkrecht zur Scheibe ist für die Lastverteilung nicht verfügbar. Bei der Analyse des Phänomens mit synthetischen Daten konnten wir die Beiträge zur Verringerung der Steifigkeit ermitteln. Der erste Beitrag ist die freie seitliche Dehnung bei Zugversuchen in Scheiben, die umso bedeutender ist je größer der Unterschied zwischen den Poisson-Zahlen der Phasen ist. Für den zweiten Effekt verwendeten wir ein Entspannungsschema, das die freie Kontraktion durch Angleichung der Poisson- Zahlen nachbildet. Der letztgenannte Ansatz kann auf jede 3D-Schätzung angewandt werden, die sich in Form der Poisson-Verhältnisse der Phasen umgerechnet werden kann. Der zweite Effekt, die topologische Veränderungen beim Schneiden der dünnen Scheiben ist schwieriger zu berücksichtigen. Eine 3D-Mikrostruktur mit sich gegenseitig durchdringenden Phasen zeigt Eigenschaften einer Matrixeinschlussstruktur, wenn Scheiben betrachtet werden. Dies führt zu einer erheblichen Änderung des Lastpfads vom 3D- zum 2D-Fall. Wir glauben, dass wir nur an der Oberfläche dieses interessanten und anscheinend nicht sehr gut verstandenen Phänomens gekratzt haben und dass dieses mehr Aufmerksamkeit verdient. Zum Beispiel wurden die Kornstrukturen hier nicht berücksichtigt. Mögliche Vorteile weiterer Untersuchungen wären: genauere Materialcharakterisierungen, wenn strukturelle Gradienten vorhanden sind; Betrachtung von repräsentativen Flächenelementen mit geringerem numerischen Aufwand und die technologische Nutzung der möglicherweise drastischen Reduzierung der Steifigkeit beim Übergang von Ganzkörper- zur Scheibenstrukturen.
