Multiscale modelling of deformation and fracture in metal foams

Promotie: dhr. K.R. Mangipudi, 14.30 uur, Senaatskamer Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Multiscale modelling of deformation and fracture in metal foams

Promotor(s): prof.dr.ir. P.R. Onck

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Mechanische eigenschappen van metaalschuim op cellulair niveau onderzocht

Metaalschuimen hebben zowel een microstructuur (op schaal van de celwanden) als een mesoscopische microstructuur (op schaal van de celstructuur). De karakteristieken van deze structuren, die beide belangrijk zijn voor de mechanische materiaaleigenschappen, kunnen worden gemanipuleerd tijdens het productieproces. Kodanda Ram Mangipudi onderzocht het effect van deze twee structuurniveaus op vervormings- en schademechanismen. Tegelijk probeerde hij beter te begrijpen hoe deze structuren mechanische materiaaleigenschappen beïnvloeden.

Voor dit doel werd een meerschalig model van een tweedimensionaal schuim ontwikkeld. Door nauwgezet de plastische vloeigrens in de celwanden te volgen, kon een geometrisch verstevigingsmechanisme worden geïdentificeerd dat hand in hand gaat met het intrinsieke verstevigen van het metaal zelf. Mangipudi stelde vast dat de competitie tussen versteviging door plastische deformatie en verzwakking ('softening') door inwendige schadeontwikkeling, belangrijk is bij het bepalen van de macroscopische vervormbaarheid. Met toenemende intrinsieke versteviging wordt de ontwikkeling van buiging in de celwanden afgeremd en daarmee ook de initiatie van schade. Treksterkte en vervormbaarheid van het schuim worden daardoor verhoogd.

Op basis van de numerieke berekeningen konden eenvoudige uitdrukkingen worden afgeleid die de macroscopische versteviging, treksterkte en vervormbaarheid beschrijven in termen van de materiaaleigenschappen van de celwanden en geometrische parameters van de cellulaire architectuur. Ook is er onderzoek gedaan naar het effect van interne scheuren op de treksterkte. Vastgesteld werd dat proefstukken met rand-kerven ('edge-notches') verstevigingsgedrag vertonen, terwijl proefstukken met inwendige scheuren juist verzwakken. Ten slotte is in dit proefschrift ook het falen van poreus bot ('trabecular bone') onderzocht, waarbij de effectiviteit van twee klinische behandelmethoden voor osteoporose werden vergeleken.

Kodanda Ram Mangipudi (India, 1979) studeerde metaalkunde aan het Indian Institute of Science in Bangalore. Het onderzoek werd uitgevoerd bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling micromechanica. Mangipudi gaat als postdoc door in het onderzoek bij de universiteit van Göttingen.