Datenbasierte Ansätze in der Ermüdungsbruchmodellierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Pietro Carrara, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428299198

Materialermüdung ist ein wichtiges Phänomen in der Mechanik, das häufig für strukturelles Versagen verantwortlich ist. Leider führt die inhärente Komplexität des Problems dazu, das die Entwicklung von Vorhersagemodellen und die Bestimmung von Materialparametern, ausgehend von experimentellen Daten, eine schwierige Aufgabe ist. Aus diesem Grund besteht, trotz der Relevanz der Materialermüdung, kein allgemein akzeptiertes Modell mit guter Vorhersagekraft. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines datengetriebenen Ansatzes für die Beschreibung des Ermüdungsrisswachstums. Die Nutzung datenbasierter Verfahren ermöglicht es, Datensätze experimenteller oder numerischer Art direkt bei der Lösung des Problems zu verwenden; hierdurch entfällt die notwendige Kalibrierung der Materialparameter in Ermüdungsmodellen. Das Vorgehen baut auf einem kürzlich durch den Antragsteller vorgeschlagenen Phasenfeldmodell des Ermüdungsrisswachstums („Referenzmodell“) auf. Basierend auf maschinellem Lernen und data minining wird ein Verfahren eingeführt, dass die Bestimmung eines numerischen Materialmodells erlaubt. Zu diesem Zweck wird eine Interpolation des Materialverhaltens aus beschränkten Zustandsräumen genutzt, so dass letztendlich ein Satz von Kennwerten erhalten wird, der das Materialverhalten beschreibt. Das Verfahren wird in einem ersten Schritt an einem 1D-Problem und auf Basis eines numerisch erzeugten Datensatzes untersucht. Im Folgenden wird es auf zwei und drei Dimensionen und die Verwendung experimenteller Daten erweitert. Die anfängliche Nutzung numerischer „Versuchs-“ Daten erlaubt es, die Genauigkeit der Vorhersage zu prüfen, da eine Referenzlösung (numerische Simulation mit bestehendem konstitutiven Gesetz) vorhanden ist. Die Leistungsfähigkeit der Methode wird über die Simulation von Standardtests in der Ermüdungsbruchmechanik, bsp. compact tension test und Dreipunktbiegung, verifiziert, wobei Last- und/oder Randbedingungen abweichend von denen der Trainingsphase angewandt werden.

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