Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik

Derzeit werden weltweit große Forschungsanstrengungen zur Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe, die hohe Festigkeit und Steifigkeit mit niedrigem Gewicht kombinieren sollen, unternommen. Faserverstärkte Kunststoffe (z.B. GFK mit Glasfaser- und CFK mit Kohlefaserverstärkung) werden bereits in einer großen (und weiter wachsenden) Zahl von Anwendungen eingesetzt. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMCs), die derzeit im Mittelpunkt einer Anzahl von Forschungsprojekten stehen, sowie Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) werden hinsichtlich ihres Einsatzes bei Hochtemperaturanwendungen untersucht und in hochspezialisierten Anwendungen in Strukturen in Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Weitere inhomogene Werkstoffe, deren Verhalten am ILSB modelliert wird, sind Schäume, zelluläre Materialien sowie Schnellarbeitsstähle.

Die einschlägige Forschungstätigkeit am ILSB beruht auf dem Zugang der Kontinuumsmikromechanik der Werkstoffe, der darauf abzielt, sowohl das makroskopische als auch das lokale Verhalten von Verbundwerkstoffen und anderen inhomogenen Materialien (z.B. Gradientenwerkstoffen, Metallschäumen oder Biomaterialien) zu berechnen. Dabei kommen kontinuumsmechanische Methoden auf geeigneten Längenskalen (Mikroskala, Mesoskala) zur Anwendung. Für diese Arbeiten werden sowohl analytische als auch numerische Verfahren eingesetzt, wobei es sich bei den Erstgenannten hauptsächlich um Mean-Field-Methoden und bei letzteren um Homogenisierungsverfahren für periodische Mikrogeometrien ("Periodic Microfield Methods") sowie "Windowing"- und Einbettungsmethoden handelt. Spezielles Interesse gilt dabei dem thermomechanischen Verhalten kontinuierlich und diskontiuierlich verstärkter MMCs und insbesondere Phasenanordnungseffekten auf der Mikroskala. Ein weiteres Forschungsfeld ist die kontinuumsmechanische Modellierung von Nanopartikeln und Nanokristalliten.

Die Arbeiten im Bereich Mikromechanik und Materialmodellierung sind eng mit dem Instituts-Forschungsschwerpunkt Leichtbau verwoben, wobei Spannungs- Stabilitätsanalysen mittels Numerischer Ingenieursmethoden durchgeführt werden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Mechanik der Montanuniversität Leoben betrieb das ILSB in den Jahren 1991 bis 1997 das Christian Doppler Laboratorium "Mikromechanik der Werkstoffe", das der industrienahen Forschung auf dem Gebiet der Mikromechanik der Werkstoffe gewidmet war, und von 1997 bis 2004 das Christian Doppler Laboratorium "Funktionsorientiertes Werkstoff-Design", dessen Aufgaben zum Teil eng mit der Mikromechanik der Werkstoffe verbunden waren. Derzeit ist das ILSB ein Netzwerkknoten des AAR (Austrian Aeronautics Research / Network for Materials and Engineering), in dessen Rahmen zum Teil mikromechanische Methoden zum Einsatz kommen.

Auf zusätzliche Informationen über die Mikromechanik der Werkstoffe kann über die ILSB Webpage Links and Data Relevant to Micromechanics of Materials and Related Fields zugegriffen werden.

Einige relevante Veröffentlichungen:

Hartmann M.A., Todt M., Rammerstorfer F.G.:
Atomistic and Continuum Modelling of Graphene and Graphene-Derived Carbon Nanostructures;
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Marx V.M., Toth F., Wiesinger A., Berger J., Kirchlechner C., Cordill M.J., Fischer F.D., Rammerstorfer F.G., Dehm G.:
The Influence of a Brittle Cr Interlayer on the Deformation Behavior of Thin Cu Films on Flexible Substrates: Experiment and Model;
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Matveeva A.Y., Pyrlin S.V., Ramos M.M.D., Böhm H.J., van Hattum F.W.J.:
Influence of Waviness and Curliness of Fibres on Mechanical Properties of Composites;
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Mateeva A.Y., Böhm H.J., van Hattum F.W.J.:
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Rasool A., Böhm H.J.:
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Klusemann B., Böhm H.J., Svendsen B.:
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Todt M., Rammerstorfer F.G., Fischer F.D., Mayrhofer P.H., Holec D., Hartmann M.A.:
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Todt M., Rammerstorfer F.G., Hartmann M.A., Paris O., Fischer F.D.:
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Zusammenfassung      pdf

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Fischer F.D., Böhm H.J.:
On the Role of the Transformation Eigenstrain on the Growth or Shrinkage of Spheroidal Isotropic Precipitates;
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Silberschmidt V.V., Rammerstorfer F.G., Werner E.A., Fischer F.D., Uggowitzer P.J.:
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Plankensteiner A.F., Böhm H.J., Rammerstorfer F.G., Pettermann H.E.:
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Werner E., Böhm H.J., Prantl W., Rammerstorfer F.G.:
Plasticity and Damage of a Fiber Reinforced Aluminum Alloy: Experiments and Micromechanical Modeling;
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Buryachenko V.A., Rammerstorfer F.G.:
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Zusammenfassung

Pettermann H.E., Böhm H.J., Rammerstorfer F.G.:
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Zusammenfassung

Plankensteiner A.P., Böhm H.J., Rammerstorfer F.G., Buryachenko V.A.:
Hierarchical Modeling of the Mechanical Behavior of High Speed Steels as Layer-Structured Particulate MMCs;
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Zusammenfassung

Plankensteiner A.F., Rammerstorfer F.G., Buryachenko V.A., Hackl G.:
Micro-Meso-Macro-Mechanical Modelling of the Strength Behavior of Tool Steels;
in Progress in Tool Steels (Eds. H.Berns, H.F.Hinz, I.M.Hucklenbroich) pp. 481-489; Schürmann & Klagges, Bochum, 1996
Zusammenfassung

Böhm H.J., Degischer H.P., Lacom W., Qu J.:
Experimental and Theoretical Study of the Thermal Expansion Behavior of Ceramic Fiber Reinforced Aluminium;
Compos.Engng. 5, 37-49, 1995
Zusammenfassung

Pettermann H.E., Böhm H.J.:
Effective Thermoelastic Behavior of Composites with a Given Orientation Distribution of Inclusions;
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Zusammenfassung

Tanaka K., Hasegawa D., Böhm H.J., Fischer F.D.:
Overall Thermomechanical Behavior of Shape Memory Alloys: A Micromechanical Approach Based on Mean Field Theory;
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Zusammenfassung

Minchev O.I., Rammerstorfer F.G., Fischer F.D.:
Computational Analysis of Microbuckling and Delamination of Titanium Aluminides With a Layered Microstructure;
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Zusammenfassung

Weissenbek E.:
Finite Element Modelling of Discontinuously Reinforced Metal Matrix Composites.
VDI-Verlag (Reihe 18, Nr.164), Düsseldorf, 1994

Weissenbek E., Böhm H.J., Rammerstorfer F.G.:
Micromechanical Investigations of Arrangement Effects in Particle Reinforced Metal Matrix Composites;
Comput.Mater.Sci. 3, 263-278, 1994
Zusammenfassung

Böhm H.J.:
Numerical Investigation of Microplasticity Effects in Unidirectional Longfiber Reinforced Metal Matrix Composites;
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Zusammenfassung

Böhm H.J., Rammerstorfer F.G., Weissenbek E.:
Some Simple Models for Micromechanical Investigations of Fiber Arrangement Effects in MMCs;
Comput.Mater.Sci. 1, 177-194, 1993
Zusammenfassung

Weissenbek E., Rammerstorfer F.G.:
Influence of the Fiber Arrangement on the Mechanical and Thermo-Mechanical Behavior of Short-Fiber Reinforced MMCs;
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Zusammenfassung

Böhm H.J., Rammerstorfer F.G.:
Micromechanical Investigation of the Processing and Loading of Fiber Reinforced Metal Matrix Composites;
Mater.Sci.Engng. A132, 185-188, 1991
Zusammenfassung

Svobodnik A.J., Böhm H.J., Rammerstorfer F.G.:
A 3/D Finite Element Approach for Metal Matrix Composites Based on Micromechanical Models;
Int.J.Plast. 7, 781-802, 1991
Zusammenfassung

Am ILSB durchgeführte fachzugehörige Dissertationen:

Sergio NOGALES:
Numerical Simulation of the Thermal and Thermomechanical Behavior of Metal Matrix Composites, 2008
Kurzfassung

Christopher O. HUBER:
Numerical Simulations of Metal Matrix Composites - Tribological Behavior and Finite Strain Response on Different Length Scales, 2008
Zusammenfassung

Mathias H. LUXNER:
Modeling and Simulation of Highly Porous Open Cell Structures - Elasto-Plasticity and Localization versus Disorder and Defects, 2006
Zusammenfassung

Thomas DRABEK:
Modeling of Matrix Damage in Particle Reinforced Ductile Matrix Composites, 2005
Zusammenfassung

Dominik DUSCHLBAUER:
Computational Simulation of the Thermal Conductivity of MMCs under Consideration of the Inclusion-Matrix Interface, 2003
Zusammenfassung

Anton ECKSCHLAGER:
Simulation of Particle Failure in Particle Reinforced Ductile Matrix Composites, 2002
Zusammenfassung

Thomas DAXNER:
Multi-Scale Modeling and Simulation of Metallic Foams, 2002
Zusammenfassung

Christian M. CHIMANI:
Micro- and Macromechanical Models for Hybrid, Selectively Reinforced Structures, 1998
Zusammenfassung

Heinz E. PETTERMANN:
Derivation and Finite Element Implementation of Constitutive Material Laws for Multiphase Composites Based on Mori-Tanaka Approaches, 1997
Zusammenfassung

Arno F. PLANKENSTEINER:
Multiscale Treatment of Heterogeneous Nonlinear Solids and Structures, 1997
Zusammenfassung

Emmerich WEISSENBEK:
Finite Element Modelling of Discontinuously Reinforced Metal Matrix Composites, 1994
Zusammenfassung

Helmut J. BÖHM:
Computer Based Micromechanical Investigations of the Thermomechanical Behavior of Metal Matrix Composites, 1991
Zusammenfassung

Alfred J. SVOBODNIK:
Numerical Treatment of the Elastic-Plastic Macromechanical Behavior of Longfiber-Reinforced Metal Matrix Composites, 1990
Zusammenfassung