Numerische Simulation Thermischer Entspannungsrisse in Zwei-Phasen-Systemen

Im polykristallinen Material können Druck- und Temperaturänderung zur Ausbildung von Mikrorissen führen. In diesem Bericht wird mithilfe der Methode der finiten Elemente für ein einfaches Zwei-Phasensystem die Öffnung dreier Grundrißtypen (intragranularer, intergranularer und Korngrenzenriß) simuliert und die Auswirkung der Mikrorisse auf die physikalischen Materialeigenschaften diskutiert. Das Modell besteht aus quadratförmigen bzw. rechteckigen Inklusionen der Phase A, die in eine Matrix B eingebettet sind. Das Hauptziel dieser Studie ist das Simulieren des Rißschließungsvorgangs durch Anlegen eines kontinuierlich ansteigenden Umgebungsdrucks an die gerissene Struktur. Druckabhängige Rißlänge bzw. Rißöffnung führen zum Rißschließungsdruck. Die Schließungsdrucke thermisch stimulierter Risse nach einer Abkühluing um 400 Grad C sind für den intergranularen Rißtyp sowie den Korngrenzenriß vergleichbar (etwa 30 bis 40 MPa), während der für den interagranularen Riß herausfällt (70 MPa). Na ch Diskussion der Abhängigkeit des Schließungsdrucks vom gewählten Rißtyp wird der Einfluß der Korngröße auf den Schließungsvorgang untersucht. Im Falle des Korngrenzenrisses besitzt der Schließungsdruck ein eindeutiges Maximum und zwar genau dann, wenn die quadratförmige Inklusion 25 % der Fläche der Gesamtstruktur einnimmt. Für Korngrenzenrisse bis 25 % Inklusionsanteil dominiert ein kollapsähnlicher Schließungsvorgang, während sich bei größeren Inklusionsanteilen der Riß sanft schließt.