Parameteridentifikation an metallischen Werkstoffen basierend auf numerischen Simulationen und instrumentierter Eindringprüfung (Band 2)

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Die Dissertation „Parameteridentifikation an metallischen Werkstoffen basierend auf numerischen Simulationen und instrumentierter Eindringprüfung“ von Jens Sterthaus untersucht die Bestimmung mechanischer Materialeigenschaften mithilfe der Nanoindentation.
Die instrumentierte Eindringprüfung erweitert die klassische Härteprüfung durch die kontinuierliche Erfassung von Kraft, Eindringtiefe und Zeit.
Zunächst werden etablierte Auswertungsverfahren zur Ermittlung von Härte, Elastizitätsmodul und näherungsweise der Fließgrenze untersucht.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Analyse der Rahmennachgiebigkeit des Prüfgeräts und ihres Einflusses auf die Genauigkeit der ermittelten Materialkennwerte.
Mithilfe der Dimensionsanalyse und numerischer Simulationen werden mögliche Abweichungen bei der Materialcharakterisierung bewertet.
Das Verfahren nach Oliver und Pharr wird anhand von Finite-Elemente-Simulationen für unterschiedliche elastisch-plastische Materialmodelle überprüft.
Zur Bestimmung vollständiger Spannungs-Dehnungs-Beziehungen wird ein gradientenbasiertes Optimierungsverfahren mit einem kontinuumsmechanischen Modell gekoppelt.
Die numerische Berechnung erfolgt mit der Finite-Elemente-Software ABAQUS.
Parameterstudien zeigen die besondere Eignung sphärischer Eindringkörper für die Lösung des inversen Identifikationsproblems.
Dabei wird deutlich, dass die tatsächliche Geometrie der Prüfspitze für zuverlässige Simulationsergebnisse individuell berücksichtigt werden muss.
Das entwickelte Verfahren wird auf Aluminium- und Stahlproben angewendet und mit Ergebnissen aus Mikrozugversuchen verglichen.
Die Untersuchung diskutiert Unterschiede zwischen lokalen und makroskopischen Materialeigenschaften sowie mögliche Einflüsse von Größeneffekten und Eigenspannungen.