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Ermittlung des effektiven Risswiderstands in porösen Materialien mithilfe eines Bruch-Phasenfeldmodells

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der simulationsgestützten Bestimmung des effektiven Risswiderstands in heterogenen – und im Speziellen porösen – Materialien. Dabei verfolgen wir die Idee von Hossain et al. für ein numerisches Experiment, das die Identifikation des effektiven Risswiderstands als Materialparameter erlaubt. An einer repräsentativen Mikrostruktur werden Verschiebungsrandbedingungen vorgeschrieben, die einem stetig wachsenden Riss auf der makroskopischen Skala entsprechen. Auf der Mikroskala wird das Risswachstum simuliert, ohne dabei a-priori Annahmen über Risspfade, Stetigkeit der Rissausbreitung etc. zu treffen. Der Maximalwert des makroskopisch wirkenden J-Integrals ist die Risstriebkraft, die notwendig ist, um den Riss ein makroskopisches Längenelement…

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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der simulationsgestützten Bestimmung des effektiven Risswiderstands in heterogenen – und im Speziellen porösen – Materialien. Dabei verfolgen wir die Idee von Hossain et al. für ein numerisches Experiment, das die Identifikation des effektiven Risswiderstands als Materialparameter erlaubt. An einer repräsentativen Mikrostruktur werden Verschiebungsrandbedingungen vorgeschrieben, die einem stetig wachsenden Riss auf der makroskopischen Skala entsprechen. Auf der Mikroskala wird das Risswachstum simuliert, ohne dabei a-priori Annahmen über Risspfade, Stetigkeit der Rissausbreitung etc. zu treffen. Der Maximalwert des makroskopisch wirkenden J-Integrals ist die Risstriebkraft, die notwendig ist, um den Riss ein makroskopisches Längenelement voranzutreiben, ohne dass es zum Rissarrest kommt, und wird als effektiver Risswiderstand definiert.

Für die Simulation auf der repräsentativen Mikrostruktur ohne a-priori Annahmen über das Risswachstum sind Phasenfeldmodelle besonders geeignet und werden daher verwendet. Phasenfeldmodelle führen eine regularisierte Approximation der Risse ein und definieren dazu eine inhärente Längenskala.

In dieser Arbeit diskutieren wir die Bestimmung der effektiven Bruchzähigkeit in metallischen Schäumen. Dabei werden die repräsentativen Mikrostrukturen aus CT-Scans realer Materialien gewonnen. Wir untersuchen den Einfluss verschiedener Parameter auf den effektiven Risswiderstand und legen besonderes Augenmerk auf das Zusammenspiel zwischen den Längenskalen des Phasenfeldmodells und den Heterogenitäten.

Artikelnummer
BR-2025-472

Titel
Ermittlung des effektiven Risswiderstands in porösen Materialien mithilfe eines Bruch-Phasenfeldmodells
Autor(en)
A. Schlüter, R. Müller
DOI
10.48447/BR-2025-472
Veranstaltung
57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2025
Jahr der Veröffentlichung
2025
Publikationsart
Tagungsmanuskript (PDF)
Sprache
Deutsch
Stichwörter
simulationsgestützten Bestimmung des effektiven Risswiderstands,Heterogene Materialien,Poröse Materialien,Metallische Schäume,Bruch-Phasenfeldmodell