Crystal plasticity modeling of fully lamellar titanium aluminide alloys
Creators: name: Schnabel, Jan Eike
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2018
Subjects: subject: titanium aluminides
subject: crystal plasticity
subject: micromechanics
classificationCode: 600
subject: Technik

description: In der vorliegenden Arbeit wird ein thermomechanisch gekoppeltes, defektdichtebasiertes Kristallplastizitätsmodell vorgestellt. Dieses Modell berücksichtigt die Entwicklung von Versetzungsdichten und Zwillingsvolumenfraktionen auf verschiedenen Gleit- und Zwillingssystemen in Folge von plastischer Verformung und Erholungsvorgängen. Die Berücksichtigung von Versetzungsdichten und Zwillingsvolumenfraktionen erlaubt eine physikalisch motivierte Modellierung des Verfestigungsverhaltens und ermöglicht eine physikalisch sinnvolle Darstellung der Dissipation und der in Form von Defekten im Kristallgitter gespeicherten Energie im Rahmen der hier angewandten thermomechanischen Modellierung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das vorgestellte Kristallplastizitätsmodell angewendet um verschiedene Aspekte des plastischen Verformungsverhaltens lamellarer Titanaluminidlegierungen zu untersuchen. Nach der Kalibrierung des Verfestigungsmodells gegen experimentelle Ergebnisse wurde dieses erfolgreich angewendet um charakteristische Merkmale der makroskopischen Spannungs-Dehnungsantwort lamellarer Titanaluminide mit den Verfestigungsinteraktionen auf der Mikroskala in Beziehung zu setzen. Durch die Kombination numerischer Studien und experimenteller Ergebnisse aus der Literatur war es außerdem möglich den relativen Beitrag der verschiedenen koexistierenden mikrostrukturellen Grenzflächen zur makroskopischen Fließspannung zu identifizieren und folglich zu modellieren. Mit dieser mikrostruktursensitiven Modellformulierung wurde der Einfluss der mikrostrukturellen Parameter auf die inhomogene Mikroplastizität von lamellaren Titanaluminiden untersucht. Aufgrund der defektdichtebasierten Formulierung ermöglichte das Modell die Untersuchung von Trends im statischen Erholungsverhalten. Schließlich wurde das Modell um die Temperaturanomalie des Fließpunkts lamellar Titanaluminidlegierungen erweitert.
description: In the present thesis, a thermomechanically coupled, defect density based crystal plasticity model is presented. This model accounts for the evolution of dislocation densities and twinned volume fractions on different slip and twinning systems during plastic deformation and thermal recovery. Considering the evolution of dislocation densities and twinned volume fractions allows a physics based formulation of the work hardening model and enables a physically meaningful representation of dissipation and stored energy of cold work in the applied thermomechanical framework. In the course of this thesis, the presented crystal plasticity model was applied to investigate several aspects of the plastic deformation behavior of fully lamellar titanium aluminide alloys. After calibrating the work hardening model to fit experimental results, it was successfully used to relate specifics of the macroscopic stress-strain response of fully lamellar titanium aluminides to the work hardening interactions on the microscale. By combining numerical studies and experimental findings from literature, it was further possible to identify and consequently model the relative contribution of the different coexisting microstructural interfaces to the macroscopic yield strength. With this microstructure sensitive model formulation, the influence of the microstructural parameters on the inhomogeneous microplasticity of fully lamellar titanium aluminides was studied. Due to its defect density based formulation, the model enabled trends in the static recovery behavior to be investigated. Finally, the model was extended in order to account for the anomalous dependence of the yield strength of fully lamellar titanium aluminides on temperature.