Mehrskalenmodellierung von Schädigung in mikroheterogenen Materialien basierend auf inkrementellen Variationsformulierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Daniel Balzani
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 181577514

Zur Optimierung moderner Ingenieuranwendungen ist die Entwicklung innovativer Materialien von entscheidender Bedeutung. Dabei wird immer häufiger auf Materialien mit einer ausgeprägten Mikrostruktur zurückgegriffen, für deren Simulation die Berücksichtigung der hochgradig nichtlinearen und irreversiblen mechanischen Phänomene auf der Mikroskale erforderlich ist. In diesem Zusammenhang bieten sich Methoden direkter Skalenübergänge an, welche auf mikroskopischen Finite-Element Berechnungen der mechanischen Felder basieren. Von besonderem Interesse ist dabei die Vorhersage von versagensinitialisierenden Zuständen, die meist durch Spannungskonzentrationen mit einhergehenden irreversiblen Steifigkeitsverlusten (Schädigung) auf der Mikroskale charakterisiert sind. Kernziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines Materialmodells für mikroheterogene Materialien, das in der Lage sein soll, Schädigungsprozesse auf der Mikroskale numerisch abzubilden. Im Wesentlichen basiert die geplante Formulierung auf einer diskreten Berechnung auf der Mikroskale, die spezielle Schädigungs-Materialgesetze für die mikroskopischen Materialkomponenten voraussetzt. Diese sollen im Rahmen inkrementeller Variationsformulierungen entwickelt werden. Anschließend sind für diese resultierenden Energien konvexe Hüllen zu konstruieren, die nun netzunabhängige Lösungen der mikroskopischen Berechnungen erwarten lassen. Dieser Sachverhalt soll in numerischen Studien getestet und speziell der Einfluss auf homogenisierte makroskopische Spannungs- bzw. Schädigungsgrößen untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Michael Ortiz, Ph.D.