Advanced material models for the crystal plasticity finite element method : development of a general CPFEM framework

Roters, Franz; Gottstein, Günter; Geers, Marc; van Houtte, Paul

doi:HT017076126

Advanced material models for the crystal plasticity finite element method : development of a general CPFEM framework = Erweiterete Materialmodelle für die Kristallplastizitäts-FEM : Entwicklung einer allgemeinen CPFEM-Umgebung

Roters, Franz^RWTH*

2011

Verantwortlichkeitsangabevon Franz Roters

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

Umfang1 Online-Ressource

Aachen, Techn. Hochsch., Habil.-Schr., 2011

Zweitveröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Gottstein, Günter (Thesis advisor)^RWTH* ; Geers, Marc (Thesis advisor) ; van Houtte, Paul (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-06-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-38743
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-144865
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/230158/files/3874.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Finite-Elemente-Methode (Genormte SW) ; Kristall (Genormte SW) ; Metallphysik (Genormte SW) ; Plastizität (Genormte SW) ; FEM (frei) ; crystal (frei) ; metal physics (frei) ; plasticity (frei) ; Ingenieurwissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Habilitationsschrift befasst sich mit der, in den letzten ca. 5 Jahren in der Arbeitsgruppe des Autors am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) entstandenen, Kristallplastizitäts-FEM (CPFEM) Implementierung und den darin enthaltenen konstitutiven Modellen. Die Besonderheit dieser Implementierung ist, dass sie der Vielseitigkeit der CPFEM weitestgehend Rechnung trägt, d.h. sie kombiniert verschiedene konstitutiven Gesetze und Homogenisierungsschemata in einem einzigen Code. Dadurch wird erstmals eine Kombination unterschiedlichster konstitutiver Beschreibungen in einem FE-Modell möglich. Die Arbeit ist in drei Teile gegliedert. Nach einer allgemeinen Einführung beschäftigt sich der erste Teil mit CPFEM Simulationen auf kleinen Skalen auch direkte CPFEM genannt. Hierzu werden zusätzlich zu den konventionellen empirischen konstitutiven Gesetzen zwei nichtlokale Versetzungs-basierte konstitutive Modelle eingeführt. Anschließend wird an verschiedenen Anwendungsbeispielen die Bedeutung der CPFEM auf kleinen Skalen aufgezeigt. Der zweite Teil hat dann CPFEM Simulationen auf der Komponenten-Skala zum Thema. Hierzu werden zunächst Modelle zur Texturdiskretisierung und zur Homogenisierung vorgestellt sowie ein weiteres konstitutives Gesetz eingeführt. Dieses Gesetz berücksichtigt die Zwillingsbildung als weiteren Verformungsmechanismus. Analog zum ersten Teil folgen Anwendungsbeispiele zu den vorgestellten Modellen. Der dritte Teil behandelt die CPFEM-Implementierung des MPIE und wie sie die verschiedenen Modelle in einem Code vereinigt.

The habilitation thesis presents the crystal plasticity FEM (CPFEM) implementation and the included constitutive models that were developed in the research group of the author at the Max-Planck-Institut für Eisenforschung in the past 5 years. The implementation accounts for the versatility of CPFEM by including several constitutive models within one code. Therefore, it for the first time allows combining different constitutive models in a single FE model. The thesis is divided into three parts. After a general introduction to CPFEM the first part describes simulations at small scales also called direct CPFEM. For this purpose two non-local dislocation density based constitutive models are introduced in addition to the conventional empirical descriptions. The part is closed by a number of application examples demonstrating different aspects of direct CPFEM. The second part deals with component scale simulations. First models for texture discretization and homogenization are introduced. Second one more constitutive model implementing twinning as additional deformation mechanism is introduced. Finally, as in the first part, application examples demonstrate different aspects of component scale simulations. The third part finally introduces the implementation of the code and how it combines the different constitutive models.

OpenAccess:
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