Rotationseffekte in der Kristallplastizität

Broese, Carsten (2008)
Rotationseffekte in der Kristallplastizität.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9649

Kurzbeschreibung (Abstract)

Materialien aus Einkristall-Legierungen werden in vielen Industrie-Anwendungen verwendet. In der Luftfahrt-Industrie z.B. werden Turbinenschaufeln aus Nickel-Einkristall Superlegierungen hergestellt. Diese Superlegierungen halten höhere Temperaturen aus und reduzieren somit den Treibstoffverbrauch. Deshalb ist es wichtig, das mechanische Verhalten der Einkristalle so gut wie möglich beschreiben zu können. Der Zweck dieser Arbeit ist die Entwicklung einer thermodynamisch konsistenten Theorie für Einkristall Viskoplastizität für das "face centered cubic" (f.c.c.) Kristallsystem. Die Theorie beinhaltet isotrope und kinematische Verfestigung. Mit der entwickelten Theorie werden einige Runge-Kutta Rechnungen für einfache Scherung durchgeführt. Das Augenmerk wird dabei auf die Rotation der Achsen während der Deformation gelegt. Rechnungen mit ungekoppelter isotroper oder kinematischer Verfestigung zeigen unbegrenzte Rotation der Achsen und somit einen periodischen Spannungs-Dehnungs Verlauf. Dieses Verhalten ist aber unphysikalisch, da sich das Kristallgitter im Einkristall nicht unbegrenzt drehen kann. Deshalb werden "Kopplungseffekte" in die Verfestigungsgleichungen eingeführt. Dadurch können die Gitterrotationen sinnvoll stabilisiert werden. Innerhalb dieser Arbeit werden mehrere Beispiele von Kopplungen aufgezeigt. Nach der Behandlung der Einkristall Mechanik wird das mechanische Verhalten von Polykristallen mithilfe des "Taylor-Modells" simuliert. Da der wichtigste physikalische Prozess für die anisotrope plastische Materialantwort eines polykristallinen Metalls die Reorientierung des Kristallgitters der einzelnen Körner ist, wird die hier entwickelte Theorie für Einkristalle auf Polykristalle angewendet. Es wird die Entwicklung der kristallographischen Textur jeweils mit und ohne Kopplungseffekte in den Verfestigungsgleichungen untersucht. Als ein Resultat erhält man "Ideale Scher Texturen" bei Verfestigung mit Kopplungseffekten.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2008

Autor(en):

Broese, Carsten

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Rotationseffekte in der Kristallplastizität

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Tsakmakis, Prof. Dr.- Ch. ; Gruttmann, Prof. Dr.- F.

Berater:

Tsakmakis, Prof. Dr.- Ch.

Publikationsjahr:

1 April 2008

Ort:

Darmstadt

Verlag:

Technische Universität

Datum der mündlichen Prüfung:

29 Juni 2007

URL / URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-9649

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Materials made of single-crystal alloys are widely used in modern industry applications. In airplane industry e.g. turbine blades are made of nickel based single-crystal superalloys. These superalloys can sustain higher temperatures and reduce so fuel consumption. Therefore it is important to describe the mechanical behavior of single-crystals as good as possible. The purpose of this work is to develop a thermodynamically consistent theory of single-crystal viscoplasticity for face centered (f.c.c.) crystals. This theory involves isotropic and kinematic hardening. After presenting the theory, several Runge-Kutta calculations for simple shear deformations are done. Attention is turned to the rotation of the axis during deformation. Calculations with uncoupled isotropic or kinematic hardening show infinite rotation of the crystal axis during shear and therefore periodic stress strain curves. This behavior is unphysically, because the crystal lattice in a single crystal cannot do infinite rotation. Therefore "coupling effects" are introduced into the hardening equations and the rotations of the lattice can be stabilized. In this work, several examples for introducing coupling effects are presented. After dealing with single-crystal mechanics, the "Taylor model" is used to simulate the mechanical behavior of polycrystals. Since the most important physical process for anisotropic plastic response in polycrystalline metals is the reorientation of the crystal lattice of grains, the developed theory for single crystals is applied to polycrystals to investigate the development of the crystallographic texture, both with uncoupled and coupled effects in the hardening equations. As one result with coupled hardening one can obtain "ideal shear textures".

Englisch

Freie Schlagworte:

Viskoplastizität,Polykristall,Kristallorientierung,Textur, Einkristall,Kristallplastizität,Kubische Symmetrie,Kristallrotation,Scherdeformation,Taylor Modell,Texturentwicklung

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