Numerische Untersuchung des Risswachstums in Metallen und Verbundwerkstoffen

Diese Arbeit stellt die Simulationsstudie des Bruchverhaltens von Stahl und Verbundwerkstoffen vor. Das Risswachstumsverhalten des Materials wird mit der erweiterten Finite-Elemente-Methode (XFEM) simuliert. Die XFEM erlaubt die Modellierung beliebiger geometrischer Merkmale unabhängig vom Finite-Elemente-Netz. Die Rissoberflächenelemente werden mit Heaviside-Funktionen angereichert, während die Rissfrontelemente mit asymptotischen Funktionen behandelt werden. Zur Simulation des Rissfortschritts wird das Ramberg-Osgood-Materialmodell in Verbindung mit der Schädigung verwendet. Die experimentellen Daten werden aus einer umfangreichen Literaturauswertung der in den letzten fünf Jahren veröffentlichten Literatur gewonnen. Die numerische Simulation wird mit der kommerziellen Software ABAQUS durchgeführt. Die Studie zielt auf eine weitere umfangreiche Detailstudie der bruchmechanischen Auslegung ab. Die Konstruktionsüberlegungen werden anhand von Benchmark-Literaturtests wie Vierpunktbiegung und Druck-Zug-Tests weiter ausgewertet.Das Wissen wurde erweitert, um einige praktisch wichtige Probleme wie Turbinenscheiben- und Oberflächenrissbildung zu lösen. Ein Konstruktionsmerkmal Leck vor Bruch wurde bei der Lösung der Probleme mit Hochdruckrohren mit inneren Rissen berücksichtigt.