Nichtlineare numerische Mehrfeldhomogenisierung der Inelastizität schmelzinfiltrierter Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Eckart Schnack
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2006 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 17403368

Die Kombination einer duktilen metallischen mit einer spröden keramischen Phase in schmelzinfiltrierten Metall-Keramik-Kompositen soll die Vorteile beider Phasen vereinen. Aufgrund der nicht-ergodischen 3D-Morphologie solcher Materialien kann zur Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens unter thermo-mechanischer Belastung unter Berücksichtigung der Wechselwirkung der Plastizität der metallischen Phase und der anisotropen Schädigung der keramischen Phase keine direkte Implementierung auf der Basis des Standard-RVE Konzepts erfolgen. Zur Lösung dieses Mehrfeldproblems wird unter Verallgemeinerung der Mischungsregel eine nichtlineare, numerische Mehrfeld-Homogenisierung entwickelt. Basierend auf dem Prinzip der maximalen Dissipation wird ein konstitutives Modell in inkrementeller schwacher Formulierung verwendet. Der Mikro-Makro-Übergang wird realisiert, indem die erhaltenen Mikrospannungspotentiale auf der Makroebene quasikonvexiziert werden, wodurch das schlechtgestellte Problem auf makroskopischer Skala relaxiert wird. Das numerische Lösungsverfahren besteht aus einer exakten Penalty-Methode auf der Mikroebene und einem adiabatischen Operatorsplit auf der Makroebene, welcher auf ein unbedingt stabiles schrittweise entkoppeltes Schema führt. Durchzuführende experimentelle Untersuchungen erlauben die Verifikation der numerischen Resultate.

• DFG Programme: Research Grants