Einfluß der Mikrostruktur auf die Festigkeitseigenschaften von Metallschäumen

Hupfer, Knut

Eine Voraussetzung für die Konstruktion und Dimensionierung von mechanisch stark belasteten Bauteilen aus Metallschäumen ist die Existenz geeigneter Werkstoffgesetze. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Mikrostruktur auf die Festigkeitseigenschaften von Metallschäumen mit Hilfe von FE-Simulationen. Dabei kommt ein kristallplastisches Werkstoffmodell zum Einsatz, das am Institut für Allgemeine Mechanik und Festigkeitslehre entwickelt wurde. Die für Metallschäume charakteristischen Merkmale der Mikrostruktur werden in den verwendeten FE-Netzen berücksichtigt. Um auch Rißentstehung und -fortschritt simulieren zu können, wird das Werkstoffmodell außerdem um ein Schädigungsmodell erweitert. Es zeigt sich, daß feinkörnige Gefüge mit mehreren Körnern in Dickenrichtung der Zellwand, die außerdem keine Fehlerstellen wie Mikroporen oder Anrisse enthalten, bedeutend bessere mechanische Eigenschaften aufweisen als die bei realen Metallschäumen beobachteten grobkörnigen Gefüge mit Fehlerstellen.

Suited material laws are necessary for the construction of heavily stressed structural parts made of metal foams. The objective of this work is to investigate the influence of the microstructure on the mechanical strength of metal foams using FE simulations and a crystal plastic material law. Characteristic details of the microstructure of metal foams are taken into account. A damage law is implemented into the material model to simulate fracture initiation and propagation. It is shown that the mechanical strength of fine-grained cell walls, that have no imperfections like mikrovoids etc., is much better than that of real cell walls having a coarse-grained microstructure with lots of imperfections.

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Hupfer, Knut: Einfluß der Mikrostruktur auf die Festigkeitseigenschaften von Metallschäumen. 2003.

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