Entwicklung eines konstitutiven Stoffgesetzes zur Beschreibung des Versagens gepresster Grünkörper in der Pulvermetallurgie

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Bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen durch Matrizenpressen kann es beim Ausstoßen aufgrund von elastischen Rückfederungseffekten zum Versagen durch Entstehung von Rissen und Scherbändern kommen. Hauptziel dieses Vorhabens im Rahmen der Laufzeit des Schwerpunktprogramms ist die Erarbeitung eines konstitutiven Stoffgesetzes, welches eine Vorhersage dieser Versagensprozesse beim Trockenpressen bzw. dem anschließenden Ausstoßen ermöglicht. Das Gesetz muss den Einfluss der in einem Bauteil lokal unterschiedlichen Verdichtungsgeschichte auf das Versagensverhalten ebenso berücksichtigen wie die Rolle der sich verändernden elastischen Eigenschaften. Um ein solches Gesetz zu finden, sind zunächst partikelbasierte Simulationen in repräsentativen Volumenzellen geplant. Dazu werden Metallpulver mit verschiedenen Kornformen simuliert und die relevanten Mechanismen von Deformation und Versagen durch systematische Parameterstudien identifiziert. Neben der klassischen Diskrete-Elemente-Methode (DEM) soll für diese Untersuchungen auch ein erweitertes, mikromechanisches Detailmodell, welches den starken Partikeldeformationen bei hohen Dichten Rechnung trägt, zum Einsatz kommen. Diese Simulationen werden es auch ermöglichen, die bestehenden DEM-Kraftgesetze für elastisch-plastische Partikelwechselwirkungen bei hohen Dichten zu erweitern. Durch geeignete Homogenisierungsmethoden soll so sukzessive der Bogen vom Detailmodell über DEM-Simulationen bis hin zur kontinuumsmechanischen Beschreibung gespannt werden.