Finite-Elemente-Simulation des Verformungsverhaltens von Strukturen aus Formgedächtnislegierungen

Formgedächtnislegierungen (SMA) können infolge von Änderungen der Temperatur und des Spannungszustands eine Phasenumwandlung zwischen einer hochgeordneten Austenitphase und einer niedriggeordneten Martensitphase erfahren. Folglich weisen SMA mehrere makroskopische Phänomene auf, die bei herkömmlichen Werkstoffen nicht vorhanden sind. Zwei wichtige Phänomene sind der Formgedächtniseffekt (SME) und der pseudoelastische Effekt (PE). Diese einzigartigen Eigenschaften von SMA haben vor allem in der Medizintechnik wichtige Anwendungsgebiete gefunden. Der zunehmende Einsatz in kommerziell wertvollen Anwendungen hat ein lebhaftes Interesse an der Entwicklung von genauen konstitutiven Modellen zur Beschreibung des thermomechanischen Verhaltens von SMA geweckt. In diesem Projekt wird ein thermomechanisches 3D-Modell für SMA, das sowohl den Effekt der Pseudoelastizität als auch den Formgedächtniseffekt berücksichtigt, im Hinblick auf das Ermüdungsverhalten und die Rissbeständigkeit erweitert.

Finite element simulation of the deformation behaviour of shape memory alloy structures

Shape memory alloys (SMA) can undergo phase transformation between a high-ordered austenite phase and a low-ordered martensite phase, as a result of changes in the temperature and the state of stress. Consequently, SMA exhibits several macroscopic phenomena not present in the traditional materials. Two significant phenomena are the shape memory effect (SME) and the pseudoelastic effect (PE). These unique features of SMA have found important fields of applications especially in medical technology. The increasing use in commercially valuable applications have motivated a vivid interest in the development of accurate constitutive models to describe the thermomechanical behavior of SMA. In this project a thermomechanical 3D model for SMA, which includes the effect of pseudoelasticity as well as the shape memory effect will be extended with regard to fatigue behavior and crack resistance.