Magnesiumlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen statischen und zyklischen Festigkeiten, hohen Verfügbarkeit und wirtschaftlichen Herstellung immer wichtiger für Leichtbaustrukturen und einhergehende Material- und Energieeinsparungen. Allerdings hat die hexagonale Gitterstruktur ein komplexes Verformungsverhalten zur Folge. Neuere Studien zu texturierten Mg-Knetlegierungen unter statischen und zyklischen einaxialen Beanspruchungen zeigen, dass aufgrund der im Druckbereich auftretenden Gruppierung von Zwillingen stark lokalisierte Dehnungsfelder resultieren, die einen großen Einfluss auf das mechanische Verhalten haben.

Im Rahmen des Vorhabens wurde ein phänomenologisches kontinuumsmechanisches 3D Stoffgesetz für das anisotrope und asymmetrische Fließverhalten entwickelt, das diese diskontinuierlichen Dehnungsfelder mittels der Finite Elemente Methode (FEM) abbilden kann. Zur Kalibrierung des elasto-plastischen Stoffgesetzes wurden quasi-statische Experimente für den zweiachsigen Zug- und Druckquadranten der Fließfläche mittels kreuzförmigen Flachproben und einer geeigneten Druckstütze sowie Schubproben entwickelt und durchgeführt. Es wurden die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Deformationsmechanismen und dem makroskopischen Fließverhalten von texturiertem Magnesium am Beispiel von gießgewalztem AZ31B unter ein- und mehraxialen Beanspruchungen durch mechanische Versuche und Mikrostrukturanalysen untersucht. Dazu wurden uniaxiale in-situ Druckversuche und Schubversuche im Rasterelektronenmikroskop (REM) realisiert. Die Mikrostruktur wurde mittels Transmissionselektronenmikroskop (TEM) von der Universität Salzburg und mittels "Electron BackScatter Diffraction" (EBSD) von der Hochschule Landshut hinsichtlich Initiierung, Wachstum und Verteilung von Zwillingen analysiert. Auf Basis dieser komplementären Untersuchungen wurde die gesamte Fließfläche für die gießgewalzte Mg-Knetlegierung AZ31B erstellt.

Es wurde eine Materialroutine zur Abbildung des elasto-plastischen Stoffgesetzes für FEM-Simulationen entwickelt und in das frei verfügbare FEM-Programm CalculiX implementiert, um Spannungs- und Dehnungsfelder unter Berücksichtigung des anisotropen und asymmetrischen Fließverhaltens zu berechnen. Damit kann erstmals das 3D anisotrope und asymmetrische elasto-plastische Materialverhalten mit stark inhomogenen Dehnungsfeldern von Versuchsproben und Bauteilen aus AZ31B mit hoher Genauigkeit numerisch simuliert werden. Dies stellt eine wesentliche Basis für die Anwendung des am Kompetenzzentrums Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) entwickelten Ermüdungsmodell "Concept of Highly Strained Volume" zur Berechnung der Lebensdauer bei zyklischen mehraxialen Beanspruchungen dar.

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