Ziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts (Projektnummer 536280731) ist die Entwicklung eines skalenübergreifenden 3D kontinuumsmechanischen Materialmodells für zyklische Beanspruchungen von texturierten AZ31 Magnesiumknetlegierungen. Dabei sollen die bisher weitestgehend unerforschten Wechselwirkungen zwischen den mikromechanischen Verformungsmechanismen und dem makroskopisch diskontinuierlichen Dehnungsfeld untersucht und berücksichtigt werden. Im Vordergrund steht somit der Erkenntnisgewinn bezüglich der mikromechanischen Verformungsmechanismen, der Evolution der plastischen Verzerrungen sowie des zyklischen anisotropen Verfestigungsverhaltens. Außerdem soll das Materialmodell so flexibel gestaltet werden, dass auch andere Werkstoffe mit denselben mikromechanischen Verformungsmechanismen modelliert werden können.

Aus dieser Zielstellung ergeben sich folgende Teilziele:

Verformungsmechanismen und diskontinuierliche makroskopische Dehnungsfelder:
Die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen den mikromechanischen Verformungsmechanismen und den makroskopischen Dehnungsfeldern soll ein fundamentales Verständnis für die Entstehung der makroskopischen Bänder verzwillingter Körner liefern. Damit soll die Möglichkeit geschaffen werden, experimentell gemessene inhomogene und diskontinuierliche Dehnungsfelder, die aus makroskopischen Bändern verzwillingter Körner resultieren, mit hoher Genauigkeit für ein- und mehrachsige Beanspruchungszustände zu simulieren.

Evolution der plastischen Verzerrungen:
Zur Entwicklung des skalenübergreifenden 3D kontinuumsmechanischen Stoffgesetzes für Mg-Knetlegierungen soll die Evolution der plastischen Verzerrungen analysiert und modelliert werden. Aufgrund der mikromechanischen Verformungsmechanismen in Form von Versetzungsgleiten und Zwillingsbildung ergibt sich ein anisotropes und asymmetrisches Materialverhalten, das auf der Makroebene mit der Fließfunktion CPB06 abgebildet werden kann. Dafür müssen die in der Fließfunktion enthaltenen Materialparameter bestimmt werden, welche bisher nur mit aufwendigen einachsigen und biaxialen quasi-statischen Versuchen ermittelt wurden. Ein wesentliches Ziel ist es, die offene wissenschaftliche Frage zu beantworten, ob die Materialparameter der Fließfunktion CPB06 künftig zeit- und kostensparend mittels der CPFEM-Methode und uniaxialer Versuche ermittelt werden können. Zur Verifizierung des skalenübergreifenden 3D kontinuumsmechanischen Stoffgesetzes werden die experimentell ermittelten Materialparameter aus dem DFG-Projekt „MagPlast“, die aus biaxialen Versuchen ermittelt werden, mit den aus den CPFEM-Rechnungen ermittelten Materialparametern verglichen.

Anisotropes zyklisches Verfestigungsverhalten:
Zur korrekten Abbildung des asymmetrischen und anisotropen elasto-plastischen Materialverhaltens ist die Erforschung des zyklischen Verfestigungsverhaltens notwendig. Ziel ist es dabei, das Mikro- und Makromodell zu koppeln, indem das Mikromodell die Daten für die monotonen und zyklisch stabilen Folgefließflächen für das Makromodell bereitstellt. Deshalb werden sowohl Versuche auf der Mikroebene als auch makroskopische Versuche für verschiedene Dehnungspfade analysiert. Dabei soll Erkenntnis darüber gewonnen werden, inwiefern die Verfestigung isotropes, kinematisches oder Distorsions-Verfestigungsverhalten aufweist.

Stoffgesetz für eine Materialroutine (MatRo) für die FEM:
Für die Entwicklung eines skalenübergreifenden 3D kontinuumsmechanischen Stoffgesetzes ist die Modellierung auf Mikro- und auf Makroebene notwendig. Zur Validierung soll das Stoffgesetz in Form einer MatRo in die Open Source FEM Software CalculiX implementiert werden. Ein weiteres Projektziel ist die Validierung des entwickelten Materialmodells durch Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen von durchgeführten einachsigen und biaxialen quasi-statischen und zyklischen Versuchen. Ebenso soll eine Beurteilung bezüglich der Genauigkeit und Effizienz der Lebensdauerberechnung in Kombination mit dem "Concept of Highly Strained Volume" erfolgen.