Hierarchische Mehrskalenanalyse keramischer Faserverbundwerkstoffe mit poröser Matrixphase

Abstract

Der oxidkeramische Faserverbundwerkstoff WHIPOX® vereint die Hochtemperaturbeständigkeit monolithischer Keramiken mit dem schadenstoleranten mechanischen Verhalten von sogenannten „Ceramic Matrix Composites“. Erreicht wird dies durch eine schwache Faser-Matrix-Anbindung als Folge hoher Matrixporosität und durch die Verwendung hochfester Fasertypen. Die Mikro-, Meso- und Makrostruktur und damit auch die mechanischen Eigenschaften von WHIPOX®-Kompositen werden entscheidend durch das Herstellverfahren und die gewählten Prozessparameter bestimmt. Aufgrund der Anisotropie und Inhomogenität des Werkstoffs und der Größenabhängigkeit der Festigkeitswerte ist die Bestimmung der für die Auslegung von Bauteilen aus WHIPOX® erforderlichen Kennwerte sehr aufwändig und kostenintensiv. Im Seminarvortrag wird ein prädiktives numerisches Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe die elastischen Eigenschaften der Matrixphase und unidirektionaler Einzellagen sowie das Schädigungsverhalten von Faserbündeln unter unterschiedlichen Lastfällen bestimmt werden können. Die parametrisierte Modellgenerierung erlaubt die Anpassung der virtuellen Mikro- und Mesostruktur an unterschiedliche Prozessparameter (Sintertemperatur, Sinterdauer, Faser-volumenanteil). Die Validierung des mikromechanischen Modells erfolgt durch den Vergleich der numerischen Ergebnisse mit analytischen Grenzwerten und experimentell ermittelten Kennwerten.