Structure preserving time integration schemes for thermomechanical systems

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Christian Hesch
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2011 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 213332783

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

In dem Projekt wurde eine thermodynamisch konsistente Beschreibung von thermobruchmechanischen Vorgängen entwickelt, diskretisiert und getestet. Dabei wurden die komplexen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Feldern, dem mechanischen, dem thermischen und dem bruchmechanischen Feld, in die konstitutive Modellierung eingebunden. Weitere Neuentwicklungen betreffen die Applikation von Mortar Kontaktformulierungen auf hierarchisch verfeinerte NURBS Formfunktionen an der Kontaktoberfläche. Im weiteren Verlauf des Projektes wurden Mortar Kontaktelemente auf das thermobruchmechanische Mehrfeld-System angepasst und mit einer Reihe von konstitutiven Eigenschaften versehen. Für das thermische Feld ist abhängig vom Druck in der Kontaktoberfläche die Wärmeleitfähigkeit modelliert worden, zudem können nun temperaturabhängige adhäsive Effekte in dieser variationell konsistenten Mortar Methode beschrieben werden. In tangentialer Richtung konnten erstmalig anisotrope Reibgesetze auf Basis Coulomb’scher Reibung mit Mortarelemente entworfen und in das thermomechanische System integriert werden. Die im mechanischen Feld dissipierte Energie wird vollständig in das thermische Feld übergeleitet, was die Konstruktion energieerhaltender Zeitintegratoren ermöglicht.

Publications

• (2018) Variational phase-field formulation of non-linear ductile fracture. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 342 71–94
  Dittmann, M.; Aldakheel, F.; Schulte, J.; Wriggers, P.; Hesch, C.
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.cma.2018.07.029)
• (2019) Variational modeling of thermomechanical fracture and anisotropic frictional mortar contact problems with adhesion. Comput Mech (Computational Mechanics) 63 (3) 571–591
  M. Dittmann, C. Hesch, M. Krüger, F. Schmidt and S. Schuß.
  (See online at https://doi.org/10.1007/s00466-018-1610-9)
• Discretisation techniques for large deformation computational contact elastodynamics. Karlsruhe Institut für Technologie, PhD thesis, 2014
  M. Franke
  (See online at https://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000043490)
• Hierarchical NURBS and a higher-order phase-field approach to fracture for finite-deformation contact problems. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 301:242–258, 2016
  C. Hesch, M. Franke, M. Dittmann and I. Temizer
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.cma.2015.12.011)
• Phase-field approach to fracture for finitedeformation contact problems. Proc. Appl. Math. Mech., 16:123–124, 2016
  M. Franke, C. Hesch and M. Dittmann
  (See online at https://doi.org/10.1002/pamm.201610050)