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Konfigurationskräfte zur Simulation von Risswachstum mit der VEM

Die präzise Simulation von Risswachstum erfordert genaue Berechnungen von Rissspitzenbeanspruchungen und den daraus resultierenden Rissablenkungswinkeln. Diese Berechnungen erfordern die Lösung des zugrunde liegenden Randwertproblems (RWP), die im Allgemeinen mithilfe numerischer Methoden wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) gewonnen wird. Da jedoch Genauigkeit und Rechenaufwand hierbei konkurrierende Aspekte sind, müssen häufig Kompromisse eingegangen werden, um zufriedenstellende Ergebnisse in akzeptablen Rechenzeiten zu erzielen. Der Einsatz effizienter Methoden, sowohl für die Lösung des RWPs als auch für die Ermittlung der Beanspruchungsgrößen, kann den benötigten Rechenaufwand erheblich reduzieren, während geforderte Genauigkeiten beibehalten werden.

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Die präzise Simulation von Risswachstum erfordert genaue Berechnungen von Rissspitzenbeanspruchungen und den daraus resultierenden Rissablenkungswinkeln. Diese Berechnungen erfordern die Lösung des zugrunde liegenden Randwertproblems (RWP), die im Allgemeinen mithilfe numerischer Methoden wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) gewonnen wird. Da jedoch Genauigkeit und Rechenaufwand hierbei konkurrierende Aspekte sind, müssen häufig Kompromisse eingegangen werden, um zufriedenstellende Ergebnisse in akzeptablen Rechenzeiten zu erzielen. Der Einsatz effizienter Methoden, sowohl für die Lösung des RWPs als auch für die Ermittlung der Beanspruchungsgrößen, kann den benötigten Rechenaufwand erheblich reduzieren, während geforderte Genauigkeiten beibehalten werden.

Die Virtuelle-Elemente-Methode (VEM) ist ein modernes Diskretisierungsverfahren zur numerischen Lösung von RWPs, das eine beträchtliche Flexibilität im Diskretisierungsprozess ermöglicht. Im Kontext der numerischen Bruchmechanik bietet die VEM z.B. die Möglichkeit, Elemente von beliebig komplexer Form zu verwenden, was die Modellierung von Risswachstum erleichtert, indem auf wiederholte Neuvernetzung des sich inkrementell verändernden RWPs verzichtet werden kann.

Diese Arbeit befasst sich mit der Anwendung von Konfigurationskräften im materiellen Raum für die effiziente Simulation von Risswachstum mit der VEM. Es werden Studien durchgeführt, die die Vor- und Nachteile des Einsatzes der Methoden untersuchen. Risswachstumssimulationen basierend auf der VEM werden präsentiert und die Ergebnisse mit experimentellen Referenzlösungen sowie mit Lösungen der FEM verglichen.

Reference
BR-2025-514

Title
Konfigurationskräfte zur Simulation von Risswachstum mit der VEM
Author(s)
K. Schmitz, A. Ricoeur
DOI
10.48447/BR-2025-514
Event
57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2025
Year of publication
2025
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Simulation,Risswachstum,Virtuelle-Elemente-Methode,Konfigurationskräfte