Identifikation elastoplastischer und bruchmechanischer Materialparameter aus Small-Punch-Kleinstproben mit Hilfe numerischer Simulation

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Die Veränderung des mechanischen Werkstoffverhaltens in technischen Anlagen durch Alterung, Versprödung, betriebliche Beanspruchung u.ä. erfordern eine in situ Überwachung des Werkstoffzustandes. Um die Beschädigung der zu überwachenden Anlagen durch die Entnahme von Probenmaterial möglichst gering zu halten, ist die Verwendung von Kleinstproben vorteilhaft. Beim Small-Punch-Test (SPT) wird eine dünne scheibchenförmige Probe (ca. Ø 8 mm), deren Rand durch Niederhalter fixiert ist, von einem Stempel napfartig verformt. Das meßbare Ergebnis dieses Miniatur-Tiefziehversuchs ist die Kraft-Verschiebungs-Kurve des Stempels, die vom elastoplastischen Verformungsverhalten des Werkstoffs und seinen Festigkeitseigenschaften abhängt. Ziel dieses Vorhabens ist es, mit Hilfe numerischer Simulation das Informationspotential des Small-Punch-Tests vollständig zu erschließen und somit seine Aussagefähigkeit quantitativ und qualitativ zu verbessern. Zuerst soll die Versuchsanordnung hinsichtlich Geometrie und Belastung optimiert werden. Anschließend soll durch numerische Analysen unter Verwendung elastoplastischer schädigungsmechanischer Materialmodelle ein Auswerteverfahren der primären Versuchsergebnisse entwickelt werden, womit die wahre Fließkurve des Werkstoffs und die bruchmechanischen Versagenskenngrößen identifiziert werden können.