Methods and algorithms for contact mechanics.

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Christian Hesch
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 256447575

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

In dem Forschungsvorhaben wurden neue Methoden zur Kontaktmechanik auf der Basis von variationell konsistenten Mortar Methoden entwickelt. Die zugrundliegenden Körper in einer Kontaktsituation können nun erstmalig mit hierarchisch verfeinerten NURBS (sog. HNURBS) diskretisiert und Mortar Kontaktelementen auf der Oberfläche verwendet werden. Für die zugrundeliegenden Elemente wurden in dem Projekt verschiedene Schädigungsmechanismen appliziert; sie können sowohl plastifizieren als auch ergänzend mit bruchmechanischen und thermo-bruchmechanischen Effekten verwendet werden. Die verwendeten Gradienten-basierten Schädigungsmechanismen erlauben nun gezielt die Simulation der entstehenden Bruchmuster bei einem Einschlag mit spröden als auch mit duktilen Materialien. In den weiter entwickelten Mortar Kontaktroutinen ist es mit Abschluss des Projektes nun möglich, anisotrope Effekte in tangentialer wie auch normaler Richtung zu berücksichtigen. Die tangentialen Komponenten sind dabei in einer vektorwertigen Darstellung aufgebaut, was die Konstruktion eines strukturerhaltenden Zeitintegrationsverfahrens ermöglicht. Damit steht ein umfassendes Modell zur Simulation von Kontaktvorängen auf strukturierten Oberflächen mit ausgeprägten Anisotropien zur Verfügung.

Publications

• (2018) Variational phase-field formulation of non-linear ductile fracture. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 342 71–94
  M. Dittmann, F. Aldakheel, J. Schulte, P. Wriggers and C. Hesch
  (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
  Dittmann, M.; Krüger, M.; Schmidt, F.; Schuß, S.; Hesch, C.
  (See online at https://doi.org/10.1007/s00466-018-1610-9)
• 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)
• Isogeometric analysis and hierarchical refinement for multi-field contact problems. University of Siegen, PhD thesis, 2016
  M. Dittmann
  (See online at https://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000063914)
• A framework for polyconvex large strain phase-field methods to fracture. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 317:649–683, 2017
  C. Hesch, A.J. Gil, R. Ortigosa, M. Dittmann, C. Bilgen, P. Betsch, M. Franke, A. Janz and K. Weinberg
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.cma.2016.12.035)
• Variational space-time elements for large-scale systems. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 326:541–572, 2017
  C. Hesch, S. Schuß, M. Dittmann, S.R. Eugster, M. Favino and R. Krause
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.cma.2017.08.020)