Thermoschock/ Feuerfeststrukturen - Dipl.-Ing. J. Gundlach

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

 

Zusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung mikromechanisch und phänomenologisch motivierter Kontinuumsschädigungsmodelle zur Beschreibung des Einflusses von Mikrostruktur-, Geometrie- und Lastparametern auf die Temperaturwechselfestigkeit oxidischer und kohlenstoffarmer Feuerfestwerkstoffe bei Thermoschock sowie auf die Restfestigkeit bei anschließender thermomechanischer Belastung. Neben der Vorhersage von Schädigungsmustern, beispielsweise durch das Wachstum vom Mikrorissnetzwerken, ermöglichen die Modelle die Simulation des teilweise inelastischen bzw. pseudoplastischen konstitutiven Werkstoffverhaltens unter kombinierter thermomechanischer Beanspruchung. Im Rahmen einer Multiskalenmodellierung werden wesentliche mikrostrukturelle Eigenschaften in Zellmodellen abgebildet. Hierzu gehören Kristallite, insbesondere Korngrenzen, Zweitphasen wie Glas- oder Federelement-Phasen, Mikroverbundstrukturen, Poren, Lunkern und Einschlüsse sowie Mikrorisse. 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 bis zur Bildung eines makroskopischen Anrisses in komplexen Strukturen und Bauteilen bei beliebiger Belastung ermöglichen. Darüber hinaus werden bruchmechanische Ansätze angewandt, um die Restfestigkeit und Restlebensdauer nach der Rissinitiierung zu bewerten, wobei rissschließende und energieverzehrende Einflüsse der Mikrostruktur, die zur Steigerung der effektiven Bruchzähigkeit führen, berücksichtigt werden. Die numerischen Werkzeuge sollen einerseits Werkstoffentwickler bei gezieltem Mikrostrukturdesign unterstützen, andererseits der Optimierung von Feuerfestkonstruktionen dienen.