Multiscale Modeling von Single Crystal Superlegierungen für Gas Turbine Blades Gasturbinen werden umfassend für die Stromerzeugung und für den Antrieb von Flugzeugen und Schiffen verwendet.Die am stärksten beladenen Teile, die Turbinenrotorblätter, werden aus einzelnen Nickel-Base-Superlegierungen hergestellt.Das übergeordnete Hochtemperaturverhalten dieser Werkstoffe wird der zweiphasigen Verbundmikrostruktur zugeschrieben, die aus einer g-Matrix (Ni) besteht, die eine große Volumenfraktion von g&\\ 3539;- Partikeln (Ni3AL) enthält.Während des Dienstes entwickeln sich die anfänglich cuboidalen Niederschläge durch ein diffusionsbasiertes Verfahren, das Rafting genannt wird, zu länglichen Platten.In dieser Arbeit wird ein mikromechanischer konstitutiver Rahmen entwickelt, der speziell die Mikrostrukturmorphologie und deren Entwicklung berücksichtigt.Bei dem vorgeschlagenen Multiskala-Ansatz charakterisiert die makroskopische Längengröße die technische Ebene, auf der normalerweise eine Finite-Elemente-Berechnung (FE) angewandt wird.Die mesoskopische Längengröße stellt die Höhe der Mikrostruktur dar, die einem makroskopischen Materialpunkt zugeschrieben wird.In diesem Längengrad wird das Material als eine Verbindung von zwei verschiedenen Phasen betrachtet, die eine dedizierte Einheitszelle bilden.Die mikroskopische Längengröße spiegelt die Kristallografie der einzelnen Materialphasen wider.Auf dieser Ebene wird das konstitutive Verhalten dieser Phasen definiert.Die vorgeschlagene Unit-Zelle enthält spezielle Schnittstellenregionen, in denen davon ausgegangen wird, dass sich plastische Dehnungsstufen konzentrieren.In diesen Schnittstellenregionen entwickeln sich spannungsbedingte Rückenspannungen sowie Spannungen, die aus der Gitterfehlpassung zwischen den beiden Phasen resultieren.Die begrenzte Größe der Einheitszelle und die mikromechanischen Vereinfachungen machen den Rahmen besonders effizient in einem mehrmaßstäblichen Ansatz.Die Antwort der Unit-Zelle wird numerisch auf einer Materialpunktebene innerhalb eines makroskopischen FE-Codes ermittelt, der viel effizienter berechnet wird als eine detaillierte FE-basierte Zelldiskretisierung.Das konstitutive Verhalten der Matrix-Phase wird durch ein nicht-lokales Modell der Dehnungskristallplastizität simuliert.In diesem Modell wirken sich ungleichmäßige Verteilung der geometrisch notwendigen Verrenkungen (GNDs), die durch Dehnungsstufen in den Schnittstellenregionen induziert werden, auf das Härteverhalten aus.Außerdem enthält das Härterecht, speziell für das zu untersuchende Zweiphasenmaterial, einen Schwellenwert für den Orowan-Stress.Für die Niederschlagsphase werden die Mechanismen der Niederschlagsschere und -rückgewinnung iv Summary Steigung in das Modell integriert.Zusätzlich werden das typische anomale Ertragsverhalten von Ni3AL-Intermetallics und anderen nicht-Schmid-Effekten implementiert und ihre Auswirkung auf die mechanische Reaktion der Superlegierung nachgewiesen.Als nächstes wird ein Schadensmodell vorgeschlagen, das zeitabhängige und zyklische Schäden in eine allgemein anwendbare Zeit-Inkremental-Schadensregel integriert.Ein auf der Orowan-Belastung basierendes Kriterium wird eingeführt, um die Rutschumkehr auf der mikroskopischen Ebene zu erkennen, und die zyklische Schadensakkumulation wird mit Hilfe des Verrenkungsschleifenhemmungsmechanismus quantifiziert.Außerdem wird die Wechselwirkung zwischen zyklischer und zeitabhängiger Schadensansammlung in das Modell integriert.Simulationen für ein breites Spektrum von Belastungsbedingungen zeigen eine angemessene Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen.Die Rafting- und Grobbingprozesse werden durch die Definition von Evolutionsgleichungen für mehrere mikrostrukturelle Dimensionen modelliert.Diese Gleichungen stimmen mit einer Verringerung der inneren Energie überein, die oft als treibende Kraft für den Abbauprozess angesehen wird.Die mechanische Reaktion des Abbaumaterials wird simuliert und eine angemessene Übereinstimmung mit experimentell beobachteten Trends gefunden.Schließlich wird die Multiskalierbarkeit durch die Anwendung des Modells in einer Gasturbinenblatt Finite-Elemente-Analyse demonstriert.Dies zeigt, dass Veränderungen in der Mikrostruktur die mechanische Reaktion der Gasturbinenkomponenten erheblich beeinflussen.