Search

Plastische Verformung beeinflusst die Eigenschaften eines Reibkontaktes. Es ist daher wichtig, grundlegende Versetzungsmechanismen in Reibkontakten zu verstehen. In dieser Arbeit wird der Bildungsmechanismus von prismatischen Versetzungsstrukturen unter einer einzelnen Asperität und der Versetzungstransport unter einer fahrenden Asperität mit dreidimensionalen Versetzungsdynamik-Simulationen im kubisch flächenzentrierten Metall untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich unter Indentierung je nach Kristallorientierung und je nach Orientierung des Burgersvektors aus einer Versetzungsquelle verschiedene prismatische Versetzungsstrukturen ausbilden. Der Bildungsmechanismus ist durch deterministisches bzw. stochastisches Quergleiten von Versetzungen geprägt, welches mit dem aufgelösten Spannungsfeld des Indenters und Versetzungsinteraktionen erklärt werden kann. In einem Gleitkontakt werden Versetzungen durch eine fahrende Asperität in ursprünglich versetzungsfreie Bereiche transportiert. Die Simulationen zeigen, dass für die Transportlänge die Kristallorientierung, der Burgersvektor der Versetzung und die Fahrtrichtung der Asperität entscheidend sind. Es wird ein Modell entwickelt, um jene Gleitsysteme zu identifizieren, auf denen Versetzungen mittransportiert werden. Dabei spielt die Gleitebenenorientierung und das aufgelöste Schubspannungsfeld des Indenters eine zentrale Rolle.

Physikalisch begründete versetzungsdichtebasierte Modelle zur Beschreibung der plastischen Verformung auf Kontinuumsebene benötigen in homogenisierter Form die Information der darunterliegenden Mikrostruktur. Mit Hilfe dreidimensionaler Versetzungsdynamiksimulationen wird ein Modell zur Bildung der gleitfähigen Reaktion in einer Ratenformulierung entwickelt. Außerdem dienen weitere Simulationen dazu, einen Beitrag zum Verständnis der Versetzungswechselwirkung mit und durch Korngrenzen im Bezug auf die Kontinuumsmodellierung derselben zu leisten. Ein um die gleitfähige Reaktion erweitertes versetzungsdichtebasiertes Kontinuumsmodell zeigt den Effekt der Erweiterung: an einem Minimalbeispiel lassen sich Gleitsysteme mit Versetzungsdichte bevölkern, die vorher frei von Versetzungen waren. Die Ergebnisse der Simulationen zur Wechselwirkung von Versetzungen durch Korngrenzen zeigen zum einen, dass das verwendete Modell der effektiven Transmission durch Superposition im diskreten Fall im Allgemeinen gut funktioniert. Zum anderen wird deutlich, dass ein Kontinuumsmodell einer Korngrenze nicht ausschließlich durch eine Fließgrenze und ein Verfestigungsgesetz abgebildet werden kann, da die Dehnungsprofile innerhalb einzelner Körner durch die Spannungswechselwirkung von Versetzungen links und rechts der Korngrenze beeinflusst werden.