Messung und Simulation der monotonen Verformung oligokristalliner Strukturen am Beispiel koronarer Stents
Final Report Abstract
Mikrobauteile werden für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt. Dabei liegt die Dimension dieser Bauteile weit unterhalb der Größe konventioneller Prüfkörper. Die Konstruktion dieser mikromechanischen Komponenten basiert hingegen auf Daten, die durch genormte makroskopische Prüfverfahren bestimmt wurden. Es ist bekannt, dass in kristallinen Werkstoffen eine Größenabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vorliegt, wenn die Korngröße in der Größenordnung der kleinsten Bauteildimension liegt. Experimente zeigten, dass hinsichtlich des mechanischen Verhaltens große Unterschiede zwischen Einkristallen und Polykristallen bestehen. Entsprechende Computersimulationen ergaben, dass die Eigenschaften sogenannter Oligokristalle weder als einkristallines noch als polykristallines Verhalten betrachtet werden können. Trotzdem gab es bisher diesbezüglich sehr wenige Daten. In diesem Projekt wurden die Verformungsmechanismen von Oligokristallen bei quasistatischer axialer Belastung experimentell intensiv analysiert. Hierdurch konnte der Übergang von poly- zu oligokristallinem Verhalten eingegrenzt werden. Außerdem wurde der Einfluss von Kerben auf die Verformung von oligoristallinen im Vergleich zu polykristallinen Proben untersucht mit dem Ergebnis, dass Kerben bei Oligokristallen deutlich weniger Einfluss haben als bei Polykristallen. Auf diesen Ergebnissen basierend wurde ein kontinuumsmechanisches Modell auf der Grundlage problemspezifischer Eingangsdaten zur statischen Belastung oligokristalliner Strukturen entwickelt. Zur Ermittlung des Einflusses der Oligokristallinität sowie zum Verständnis der Verteilung der Inhomogenitäten in der Dehnungsverteilung (primäre und sekundäre Gleitsysteme, Kornrotation) und den damit zusammenhängenden unterschiedlichen Dehnungsmechanismen und -abfolgen wurden kristallplastische Betrachtungen durchgeführt. Dieses Modell, wurde mit den experimentellen Ergebnissen verglichen und zeigt sehr gute qualitative Übereinstimmungen. Somit ist dieses Modell die Grundlage, Lebensdauerabschätzungen bei Mikrobauteilen mit oligokristallinen Strukturen durchzuführen. Bisher beziehen sich die Ergebnisse nur auf quasistatische Verformung. Eine Fortführung des Projektes mit der Ausweitung auf den zyklischen Belastungsfall ist geplant.
Publications
- Multiscale fatigue crack growth modelling for welded stiffened panels; Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 37 (9), (2014) S. 1043-1054
Ž. Božić, S. Schmauder, M. Mlikota, M. Hummel
(See online at https://doi.org/10.1111/ffe.12189) - Microstructure and Deformation of Coronary Stents from CoCr-Alloys with Different Designs: Materials 2015, 8(5), 2467-2479
S. Weiß, B. Mitevski
(See online at https://doi.org/10.3390/ma8052467) - Scientific Multiscale and Multidisciplinary Analysis of Deformation and Damage in the Case of Oligocrystalline Structures; Computer Science and Engineering Technology (CSET2015) & Medical Science and Biological Engineering (MSBE2015), World Scientific Publishing, Singapore, Eds. Jiamei Deng, Qingjun Liu ISBN Nr.: 978-981-4651-00-4, S. 113-118
M. Mlikota, S. Schmauder, U. Weber, B. Mitevski, S. Weiß
(See online at https://doi.org/10.1142/9789814651011_0017)
