Numerische Risswachstumssimulationen

Das Ausbreitungsverhalten von Ermüdungsrissen ist in vielen Fällen für Bauteile und technische Strukturen lebensdauerbestimmend. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass zur Vermeidung von Schadensfällen bzw. zur Bestimmung der Restlebensdauer bis zur instabilen Rissausbreitung bzw. bis zum Bruch des rissbehafteten Bauteils zuverlässige Simulationsmethoden von entscheidender Bedeutung sind. Daher wird die Entwicklung von Programmen zur numerischen Simulation von Risswachstumsvorgängen insbesondere unter Ermüdungsbelastung vorangetrieben.

FRANC/FAM ist ein Programm zur Simulation von Risswachstumsvorgängen in beliebigen zweidimensionalen Strukturen. Für Risswachstumssimulationen in dreidimensionalen Strukturen hat sich das von der Angewandten Mechanik entwickelte Programmsystem ADAPCRACK3D bewährt. Beide Programme basieren auf der Finite-Elemente-Methode und berücksichtigen technische und bruchmechanische Randbedingungen, um Ermüdungsrisswachstum in Bauteilen und Strukturen zu beschreiben bzw. vorherzusagen.

Bei der Entwicklung und Modifikation solcher Simulationsprogramme sind im Wesentlichen zwei Aufgabenstellungen zu betrachten. Zum einen ist es notwendig, geeignete Konzepte für die Berechnung von Risswachstum und -richtung zu konzipieren und zu implementieren. Zum anderen ist es erforderlich, eine geometrische Netzadaption (u.U. mit lokaler Netzgenerierung) für die notwendige Anpassung des Rissfortschritts an die lokalen Beanspruchungsgrößen im Rissnahfeld zu entwickeln.

Unsere Tätigkeitsschwerpunkte sind insbesondere:

Entwicklung von Programmen zur Simulation von Rissausbreitungsvorgängen
Entwicklung bruchmechanischer Konzepte sowie ihre numerische Implementierung
Untersuchungen im Hinblick auf einen effizienten Einsatz von dreidimensionalen Rissausbreitungssimulationsprogrammen in Produktentwicklung und Bauteilbetrieb
Durchführung von Rissausbreitungssimulationen in zwei- und dreidimensionalen Bauteilen und Strukturen

Als Simulationsprogramme stehen uns zur Verfügung: