Numerische Simulation thermisch induzierter Rissausbreitung

Schockartige Temperaturänderungen rufen thermisch induzierte Spannungen hervor, die zu Schädigungsprozessen führen. Insbesondere bei spröden  Materialien kommt es zu Rissen, die rasch zum Versagen führen können. Im Rahmen dieses Projekts soll ein Modell zur verlässlichen Vorhersage des Rissfortschritts infolge thermisch induzierter Spannungen entwickelt werden. Verfolgt wird ein innovativer Ansatz, bei dem ein globales, auf einer semi-analytischen Methode beruhendes Verfahren mit einem lokalen, thermoelastischen Zwei-Feld-Schädigungsmodell gekoppelt wird. Das globale Modell zeichnet sich durch die strenge Erfassung von Spannungssingularitäten an der Rissspitze und durch effiziente Algorithmen zur Gitteranpassung bei Rissfortschritt aus. Das weitaus komplexere lokale Modell berücksichtigt alle relevanten physikalischen Phänomene. Es beruht auf einem regularisierten Schädigungsmodell basierend auf einer Gradientenerweiterung der freien Helmholtz Energie. Um die trotz der Einführung von lokalem und globalem Modell zu erwartende große Zahl von Freiheitsgraden zu reduzieren, werden geeignete Fehlerschätzer zur adaptiven Gitterverfeinerung abgeleitet. Das entwickelte Verfahren wird zur Validierung auf eine Hierarchie von Problemstellungen zur Simulation thermischer Schockprozesse angewendet.

Antragsteller

Universität Duisburg-Essen: Dr. Fleurianne Bertrand
Fakultät für Mathematik

Technische Universität Dortmund: Prof. Dr. Christian Meyer
Fakultät für Mathematik

Universität Duisburg-Essen: Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Birk
Abteilung Bauwissenschaften
Fachgebiet Statik und Dynamik der Flächentragwerke

Förderlinie: Projektförderung
Fördermittel: 195.000,00 Euro
Laufzeit: 01.04.2018 – 30.09.2019

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Birk
Universität Duisburg-Essen
Abteilung Bauwissenschaften
Fachgebiet Statik und Dynamik der Flächentragwerke
Universitätsstraße 15
45141 Essen

Tel.: 0201 183 2667

Email: carolin(dot)birk(at)uni-due(dot)de