Simulation der thermischen und mechanischen Beanspruchung von Bremsscheiben unter Berücksichtigung der Gefügestruktur
Final Report Abstract
Im Rahmen des Transferprojekts wurde durch Mikrostruktursimulationen der Einfluss der Gefügestruktur des Gusseisens auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften auf der Meso- und Makroskala untersucht. Die Simulationsergebnisse wurden mit experimentellen Untersuchungen der Daimler AG verglichen. Zur Validierung wurden die Gefügesimulationen durch eine metallographische und chemische Charakterisierung des Werkstoffs begleitet. Alle zur Verwirklichung der Mikrostruktursimulationen notwendigen thermo-mechanischen Methoden wurden neu entwickelt und implementiert. Zusätzlich ist ein Tool zur algorithmischen Generierung der zweiphasigen Mikrostrukturen für die initiale Füllung der Simulationsgebiete entstanden, mit dem Mikrostrukturvarianten mit verschiedenen Graphikfaserverteilungen erstellt werden können. Bei schnellen Abkühlungsvorgängen von Bremsscheiben tritt die reversible Gefügeumwandlung von Austenit zu Ferrit/Perlit ein. Diese Gefügeumwandlung wurde mittels der Multiphasenfeldmethode und thermodynamischen Daten aus der CALPHAD-Datenbank umgesetzt. In Kooperation mit dem Graduiertenkolleg 1483 Prozessketten in der Fertigung: Wechselwirkung, Modellbildung und Bewertung von Prozesszonen wurde die Martensittransformation in Gusseisen simuliert. Die Entstehung von Mikrorissen wurde anhand eines neu entwickelten Multiphasenfeldmodells mit kombinierten thermo-mechanischen Evolutionsgleichungen untersucht. 3D Bremsscheibensimulationen auf der makroskopischen Längenskala wurden unter Einbeziehung der homogenisierten und lokalisierten Kenngrößen aus den Mikrostruktursimulationen durchgeführt. Hierbei konnten makroskopische Phänomene wie beispielsweise die Schirmung der Bremsscheibe nachgestellt werden.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.1088/1361-651X/aaf980)
