Abkürzungs- und Symbolverzeichnis ............................. iii
Abbildungsverzeichnis .......................................... vi
Tabellenverzeichnis ......................................... xviii
1 Einleitung ................................................... 1
2 Kenntnisstand zu den Untersuchungswerkstoffen ................ 3
2.1 Metastabiler austenitischer Stahl ....................... 3
2.1.1 Phasen und thermodynamische Triebkräfte .......... 3
2.1.2 Kristallographie der Umgitterungsmechanismen
des Austenits .................................... 5
2.1.3 Definition und Quantifizierung des
TRIP-Effekts .................................... 10
2.1.4 Austenitstabilität und Stapelfehlerenergie ...... 14
2.1.5 Fließspannungsverhalten als Funktion von
Temperatur und Dehnrate ......................... 15
2.2 Zirkoniumdioxidkeramik ................................. 23
2.3 Partikelverstärkter Metall-Matrix-
Verbundwerkstoff (MMC) ................................. 26
2.3.1 Mechanisches Verhalten konventioneller
partikelverstärkter MMCs ........................ 26
2.3.2 Festigkeits- und Verformungsverhalten von
TRIP-Matrix-Compositen .......................... 30
3 Kenntnisstand zu porösen und zellularen Materialien .... 33
3.1 Festigkeits- und Verformungsverhalten von zellularen
2D-Strukturen .......................................... 35
3.1.1 In-Plane (IP)-Druckverformung ................... 35
3.1.2 Out-of-Plane (OOP)-Druckverformung .............. 38
3.1.3 In-Plane-Biegeverformung von Hohlstrukturen ..... 44
3.1.4 Auswirkungen von Temperatur und
Dehngeschwindigkeit ............................. 46
3.2 Modellansätze zur Beschreibung des
Strukturverhaltens ..................................... 57
3.2.1 Platten- und Balkentheorien ..................... 57
3.2.2 Beulen zweidimensionaler Strukturen
(Vorknickstadium) ............................... 61
3.2.3 Plastisches Versagen zweidimensionaler
Strukturen (Nachknickstadium) ................... 64
3.3 Funktionalität Energieabsorption und
Crashtauglichkeit ...................................... 69
4 Ableitung der Zielstellung dieser Arbeit .................... 72
5 Werkstoffe und Methoden ..................................... 74
5.1 Ausgangsmaterialien .................................... 74
5.2 Herstellungstechnologie ................................ 75
5.3 Geometrische und werkstoffspezifische Eigenschaften .... 76
5.4 Versuchsdurchführung ................................... 85
5.4.1 Zugversuche ..................................... 85
5.4.2 Druckversuche bei quasistatischen bis
dynamischen Dehnraten ........................... 86
5.4.3 Hochdynamische Druckversuche im SHPB-
Prüfaufbau ...................................... 88
5.4.4 Biegeversuche an Wabenstrukturen und
Hohlprofilen .................................... 92
5.4.5 Versuchsplan und Prüfspektrum ................... 94
5.5 Werkstoffanalytische Untersuchungsmethoden ............. 94
5.5.1 Probentrennung und Untersuchungspositionen ...... 94
5.5.2 Charakterisierung der Wabenstrukturen ........... 95
5.5.3 Thermographie-Untersuchungen .................... 97
5.5.4 Magnetisches Prüfverfahren ...................... 97
6 Ergebnisse und Diskussion ................................... 98
6.1 Verhalten der Kompaktwerkstoffe unter einsinniger
Beanspruchung .......................................... 98
6.2 Verhalten der Wabenstrukturen unter In-Plane-
Druckbeanspruchung .................................... 107
6.3 Verhalten der Strukturen unter Out-of-Plane-
Druckbeanspruchung .................................... 111
6.3.1 Auswirkungen der Partikelverstärkung ........... 118
6.3.2 Temperaturabhängiges
Fließspannungsverhalten ........................ 125
6.3.3 Dehnratenabhängiges
Fließspannungsverhalten ........................ 131
6.3.4 Kombinierter Einfluss von Prüftemperatur und
Dehngeschwindigkeit ............................ 146
6.4 Verhalten der Strukturen unter In-plane-
Biegebeanspruchung .................................... 150
6.5 Mikrostruktur- und Phasenentwicklung in den
Wabenkörpern .......................................... 154
6.5.1 Einfluss der Prüftemperatur .................... 159
6.5.2 Einfluss der Dehngeschwindigkeit ............... 163
6.5.3 Auswirkungen einer Temperatur- und
Dehnratenänderung .............................. 167
6.6 Modellierung des Fließspannungs- und
Strukturverhaltens .................................... 170
6.6.1 Fließkurvenmodellierung als Funktion von der
Dehngeschwindigkeit ............................ 170
6.6.2 Analytische Modellierung des Knick- und
Versagensverhaltens ............................ 174
6.7 Vergleich der Wabenstrukturen mit anderen
Materialien ........................................... 188
7 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 191
8 Literaturverzeichnis ....................................... 197
9 Anhang ..................................................... 226
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