Entwicklung einer Finite-Element-Formulierung zur effizienten Beschreibung von Lokalisierungsphänomenen in nanostrukturierten Materialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens Wackerfuß
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 26538396

Innerhalb der Strukturmechanik sind Lokalisierungsphänomene (Risse, Scherbänder, Gleitfugen) durch eine Konzentration von inelastischem Materialverhalten in sehr schmalen Zonen charakterisiert. Aus experimentellen Untersuchungen ist bekannt, dass die Prozesse im Bereich der Lokalisierungszone auf verschiedenen Längenskalen teilweise sehr komplex sind und sich stark voneinander unterscheiden. Eine realitätsnahe numerische Simulation derartiger Prozesse allein mit makroskopischen Modellen, bei denen das Materialverhalten rein phänomenologisch erfasst wird, reicht daher nicht aus; aus diesem Grund werden effiziente Mehrskalenmodelle eingesetzt, bei denen atomistische Modelle die Prozesse innerhalb und makroskopische Modelle (Kontinuumsmodelle) außerhalb der lokalisierten Bereiche widerspiegeln.Kernziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Finite-Element-Formulierung, auf deren Grundlage lokalisierte Versagensprozesse in nanostrukturierten Materialien (Defekte in der atomaren Gitterstruktur) simuliert werden können. Insbesondere bei der Beschreibung von diskreten Trennvorgängen sollen dabei diskontinuierliche Galerkin-Verfahren, die sich in makroskopischen Modellen bereits bewährten, adaptiert, auf die atomistische Ebene angepasst und in einen Finite-Element-Code implementiert werden. Gegenüber einem klassischen atomistischen Modell (Molekulardynamik) soll dieses Verfahren Vorteile bezüglich der Effizienz sowie der Flexibilität bei der Einbettung in ein Mehrskalenmodell aufweisen. Anhand geeigneter numerischer Beispiele soll die Robustheit und Effizienz des Modells getestet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Francisco Armero