DFG-Projekt zur Phasenfeldmodellierung von Ermüdungsrissen

Biaxversuch — Versuchsaufbau Biax-Versuch am DLR.

Das DFG-geförderte Projekt "Experimentelle Analyse und Phasenfeldmodellierung der Wechselwirkung zwischen plastischer Zone und Ermüdungsrissfortschritt in duktilen Werkstoffen unter komplexer Belastung" wurde gemeinsam mit Dr. Eric Breitbarth vom Institut für Werkstoffforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beantragt.

Flugzeugrümpfe sind durch häufige Starts und Landungen zyklischen Belastungen ausgesetzt, welche zu Ermüdungsrissen führen. Die Berechnung der Rissfortschrittsrate ist daher essentiell für die Auslegung der Bauteile. Das Projekt beschäftigt sich sowohl mit der numerischen als auch der experimentellen Untersuchung von Ermüdungsrissen in Aluminiumblechen. Auf Seiten des DLR wird dabei der Rissfortschritt unter multiaxialer Beanspruchung (z.B. im Biax-Versuch, siehe Bild) untersucht. Dabei wird die Rissfortschrittsrate aufgenommen und die entstehenden plastische Zone rund um die Rissspitze mithilfe von Digital Image Correlation (DIC) optisch erfasst.

An unserer Professur wird der Ermüdungsrissfortschritt mithilfe der Phasenfeldmethode simuliert. Dabei soll unter anderem untersucht werden, unter welchen Beanspruchungen ein Näherungsverfahren auf Basis einer spröden Rissfortschrittsimulation zum Einsatz kommen kann und ab wann eine explizite Modellierung des zyklischen, plastischen Materialverhaltens erforderlich ist. Dafür wird ein gekoppeltes, elastisch-plastisches Phasenfeldmodell implementiert und parametrisiert. Im Fokus steht auch die Modellierung von zyklischem Rissschließen, sowie die Entwicklung von Techniken zur Einsparung von Rechenzeit, welche bei zyklischen Beanspruchungen ganz erheblich sein kann. Mithilfe des Modells soll untersucht werden, wie Ermüdungsrisse gezielt abgelenkt werden können.