Untersuchungen zum spröden Versagen anisotroper gefügter Materialien ausgehend von Interface-Kerben

• Antragsteller: Dr. Michael Busch
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 1997 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5308324

Es werden Mittel zur Finanzierung eines Forschungsvorhabens zur Untersuchung des Versagens ausgehend von spitzen Kerben in der Grenzfläche zwischen zwei beliebig anisotropen Materialien ("Interface-Kerbe") beantragt. Das Projekt umfaßt theroretische, numerische und experimentelle Untersuchungen. Mit einem speziellen Lösungsansatz wird zunächst eine analytische Darstellung für das asymptopische Spannungsfeld an der Interface-Kerbe zwischen zwei beliebig anisotropen Materialien gewonnen. Im allgemeinen Fall, d.h. für beliebige Materialkombinationen und Kerböffungswinkel, herrschen oszillierende Spannungssingularitäten der Kerbspitze vor. Für die Interface-Kerbe zwischen beliebig anisotropen Materialien werden Kerbspannungsintersitätsfaktoren (KSIF) eingeführt, die das singuläre Spannungsfeld an der Kerbspitze charakterisieren. Die KSIF sind nur von der Geometrie und der Belastung abhängig. Zur Beschreibung des Versagens werden geeignete Versagenskriterien auf der Basis kritischer KSIF ("Kerbbruchzähigkeiten") entwickelt. Zur Ermittlung der Versagenskennwerte und Verifizierung des Versagenskriteriums werden bruchmechanische Experimente durchgeführt. Die Berechnung der KSIF für beliebige Körpergeometrien und Belastungen erfolgt numerisch mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). Zur numerischen Berechnung von KSIF bei oszillierenden Spannungssingularitäten an der Kerbspitze wird eine geeignete Vorgehensweise erarbeitet. Alternativ zur Versagensbeschreibung auf der Basis kritischer KSIF wird eine energetische Beschreibung mit Hilfe eines Kohäsivmodells an der Spitze der Kerbe im Interface angestrebt. Das Kohäsivmodell wird numerisch mit der FEM realisiert. Das Kohäsivmodell bietet die Möglichkeit, die kritischen Kerbfaktoren, die aufgrund ihrer Abhängigkeit vom Kerböffnungswinkel keine reinen Materialkennwerte darstellen, auf materialspezifische Kennwerte wie die Grenzflächenenergie zurückzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen