Einfluss der Mikrostruktur auf die Rissinitiierung und Rissentwicklung in Al(6061)/Al2O3 unter zyklischer Belastung - Tomogrammbasierte 3D-Modellierung und Experimente

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Das mechanische Verhalten von Verbundwerkstoffen unter zyklischer Belastung ist sehr komplex und in vielen Aspekten bis heute nicht geklärt. Es fehlen systematische Untersuchungen, die ein vertieftes Verständnis für die Korrelation zwischen Mikrostruktur und Verformungs- sowie Schädigungsvorgängen von Metallmatrixverbundwerkstoffen (metal matrix composites, MMCs) ausführlich geben würden. In dem geplanten Vorhaben sollte der Einfluss der Matrixeigenschaften in MMCs, am Beispiel von Al(6061 )/AI203 - Teilchenverbundwerkstoff auf die Rissinitiierungsstellen und Risspfade unter zyklischer Belastung untersucht werden. Es gibt eine begründete Vermutung, dass der Ausscheidungszustand in der Matrix („hart" oder „weich") die rissauslösenden Mechanismen beeinflusst. Die Klärung dieses Einflusses soll mit einer dreidimensionalen Analyse der Schädigungsinitiierung und Rissentwicklung in diesem Werkstoff erfolgen. Eine Kombination von Phasenkontrast-Tomographie und Holotomographie wird detaillierte Informationen über die dreidimensionale Mikrostruktur und Schädigungsentwicklung während der zyklischen Belastung liefern. Die auf der Basis der Tomogramme aufgebauten Modelle werden entsprechend den experimentellen Randbedingungen zyklisch belastet, um mit Hilfe der FE-Methode die Verformungen sowie Rissinitiierung und Rissentwicklung im Gefüge zu simulieren. Die experimentellen Ergebnisse werden mit den Simulationen bezüglich der Lokalisierung, Verteilung und Länge der Risse als Funktion der Zyklenzahl verglichen. Damit besteht die Möglichkeit, den Einfluss des Matrixzustandes auf das Schädigungsverhalten des AI/AI2O3 Verbundwerkstoffs unter zyklischer Belastung besser zu verstehen. Dies würde ermöglichen einen zusätzlichen Parameter bei Gestaltung von verbesserten Werkstoffen in die Analyse einzubringen.