Multiskalenmodellierung von metallischem Glas durch einen direkten Skalenübergang von der atomaren Skala bis zur der Kontinuumsebene

• Antragsteller: Dr. Franz Bamer; Professor Dr.-Ing. Jaan-Willem Simon
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558389565

Metallisches Glas ist ein relativ junger Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften wie hoher elastischer Festigkeit, außergewöhnlicher Härte und hoher Korrosionsbeständigkeit. Obwohl es auf der Makroskala spröde ist, kann es auf der Mikroskala in begrenztem Maße plastizieren. Das komplexe Materialverhalten entspringt von faszinierenden Effekten auf der Nanoskala, welche für makroskopische Modelle berücksichtigt werden müssen. In diesem Projekt stellen wir daher eine Methode der Multiskalenmodellierung metallischer Glasstrukturen vor, indem wir relevante Nanomerkmale direkt in ein thermodynamisch konsistentes Makromodell einfließen lassen. Das mechanische Antwortverhalten auf der Nanoskala wird durch elementare Punktdefekte gesteuert, die in metallischen Gläsern im Gegensatz zu kristallinen Metallen schwer zu erkennen sind. Mit Hilfe eines quasistatischen Ansatz umgehen wir das Zeitskalenproblem von Molekularsimulationen und extrahieren wesentliche Merkmale, die für eine physikalisch sinnvolle Kontinuumsbeschreibung entscheidend sind. Diese Merkmale auf der Makroskala eingeführt um ein thermodynamisch konsistentes Materialmodel zu formulieren. Hierbei werden wir eine Homogenisierungsmethode anwenden, die nicht über das gesamte Probenvolumen gemittelt wird, sondern nur über die relevanten Bereiche der Bruchzonen. Wir werden zeigen, dass diese Methode weniger anfällig für Größeneffekte ist. Das Makromodell wird anhand experimenteller Nanoindentationsergebnisse aus der Literatur validiert. Dieser Ansatz ermöglicht es, die besten Materialmodelle zu identifizieren und aufzuzeigen, welche Prädiktoren als Zustandsvariable in die Makroskala aufgenommen werden sollten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen