Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) sind eine Art von Verbundwerkstoff, der eine Metallmatrix mit einem Verstärkungsmaterial wie Fasern, Partikeln oder Whiskern kombiniert.
Die Metallmatrix sorgt für die strukturelle Integrität und die mechanischen Eigenschaften, während das Verstärkungsmaterial die Festigkeit, Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Verbundstoffs erhöht.
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe haben aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen, thermischen und Oberflächeneigenschaften ein breites Anwendungsfeld. Sie eignen sich zum Beispiel für die Elektronik-, Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Roboterindustrie. Es wird erwartet, dass insbesondere die Automobil- und Luftfahrtindustrie den Markt für Metallmatrix-Verbundwerkstoffe in den kommenden Jahren weiter vorantreiben wird, da der Bedarf an kraftstoffsparenden Leichtbaukomponenten steigt.
Trotz der Relevanz dieser Werkstoffe ist ihr Materialverhalten noch nicht vollständig verstanden, und die vorhandenen Modelle sind in Bezug auf die Plastizität in Verbindung mit Schädigung, Ermüdung und Grenzzuständen nicht weit genug entwickelt. Ein Grund dafür ist die Komplexität des Materialverhaltens, die aus der Mikrostruktur resultiert. Diese bestimmt die Reaktion der Verbundwerkstoffe auf der Makroskala.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Ansatzes für die Grenzzustandsanalyse, welcher Plastizität mit nichtlinearer Verfestigung, duktile Matrixschäden, spröde Partikelrisse, Partikel-Matrix-Debonding sowie inkrementellen plastischen Kollaps und alternierende Plastizität umfasst. Bisher wurden diese Phänomene als eigenständige Einheiten behandelt, wobei entweder inkrementelle Methoden, die dem gegebenen Lastpfad schrittweise folgen, für erstere oder pfadunabhängige direkte Methoden, die nur die endgültigen Versagenszustände berücksichtigen, verwendet wurden.

Dieses Projekt weicht von den traditionellen Methoden ab und zielt darauf ab, diese Phänomene in eine einheitliche direkte Methode zu integrieren, die in ein einzigartiges Recheninstrument implementiert wird.
Das Ergebnis ist eine neuartige direkte Methode zur Vorhersage des Versagens fortschrittlicher Verbundwerkstoffe bei komplexen Belastungszuständen und Verformungsvorgängen. Folglich können die Schädigungszustände mit einer direkten Methode berücksichtigt werden, ohne dass eine inkrementelle Analyse durchgeführt werden muss, zumindest in der Anfangsphase des Strukturentwurfs, in der eine genaue Kenntnis der Schädigungsmuster nicht erforderlich ist. Dies stellt einen Paradigmenwechsel dar, der die Entwicklung neuartiger technischer Entwurfskonzepte für Verbundwerkstoffstrukturen erleichtern wird.