Modellierung von Beschädigung und Rissbildungsprozessen
Aus Aggregaten von Kristallen oder Körnern verschiedener Größe und Ausrichtung zusammengesetzte polykristalline Materialien zeigen ein komplexes Bruchverhalten, das nur schwer durch einzelne maßstabsgetreue Modelle zu erfassen ist. Diese Verhaltensweisen zu verstehen ist sehr wichtig, um die Entwicklung leichterer und zuverlässigerer Verkehrsstrukturen zu ermöglichen, die sich positiv auf Emissionen, Kosten und Sicherheit auswirken werden. Die Wissenschaftler wendeten eine neuartige Integralformulierung für zusammenhängende Korngrenzen an, um mit Hilfe der EU-Finanzmittel des MULTISCALE MODEL-Projekts Informationen auf verschiedenen Ebenen zu verknüpfen. Sie erklärt auf nahtlose Weise, wie mikromaßstäbliche Funktionen die Makro-Kontinuum-Reaktion beeinflussen, welche wiederum die Weiterentwicklung des Mikrozustands während der Initiierung und Ausbreitung von Rissen bestimmt. Das Korngrenzenmodell auf Grundlage der Formulierung für zusammenhängende reibungsbedingte Korngrenzen erklärt den schrittweisen interkristallinen Abbau und das Versagen der polykristallinen Materialien auf Mikroebene. Die Rechenergebnisse wurden mit Erfolg mit den verfügbaren Daten verglichen. Dieses mikromaßstäbliche Modell wurde in das Mehrskalenmodell integriert, in dem der Makromaßstab mit einer klassischen Randelementformulierung beschrieben ist. Eine Materialhomogenisierungsprozedur prognostiziert den Schaden im Makromaßstab, der aus den fortschreitenden interkristallinen Defekten der Mikrostruktur resultiert. Die MULTISCALE MODEL-Resultate wurden auf verschiedenen internationalen Konferenzen und in mehreren Publikationen in von Experten begutachteten wissenschaftlichen Fachjournalen vorgestellt. Die Vorhersagen zur Bruchausbreitung basieren immer noch weitgehend auf halbempirischen Annahmen. Die genauere Modellierung der Mechanismen des Sprödbruchs in polykristallinen Materialien wird maßgebliche Auswirkungen auf den Luftfahrt- und Raumfahrtsektor sowie die Fahrzeugindustrie haben. Neben einer Verbesserung der aktuellen technischen Verfahrenweisen und Wartungspraktiken werden diese Resultate gleichermaßen die Position der EU in dem wachsenden Bereich der Multiskalenmodellierung stärken.
Schlüsselbegriffe
Riss, Multiskalenmodell, polykristallin, zusammenhängende Korngrenze, Materialhomogenisierung
