Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich Risse ausbreiten - Simulation von Rissen in verschiedenen Materialien

22.07.2009
Holz, Metall, Kunststoffe, Glas, Knochen - brechen kann fast alles. Doch was passiert, bevor es zum großen Finale kommt?

Wie breiten sich Risse aus, wann verzweigen sie sich und welchen Einfluss haben Haarrisse auf den Hauptriss? Wissenschaftler des Instituts für Mechanik (Bauwesen) der Uni Stuttgart nehmen sich dieser Fragen an im Rahmen des Projekts "Computational modeling of phenomena in dynamic fracture" - einem der Forschungsprojekte des Exzellenzclusters "Simulations Technology" (SimTech). Ihr Ziel: Numerische Methoden zu entwickeln, mittels derer sich die Rissausbreitung und -verzweigung simulieren lässt.

Kommerzielle Softwareprogramme zur Simulation von Rissausbreitung und -verzweigung gibt es derzeit nur wenige. "Der Bedarf ist da", weiß Dr. Christian Linder, Juniorprofessor für "Micromechanics of Materials" am Institut für Mechanik (Bauwesen). Da so gut wie jedes Material brechen kann, interessieren sich Ingenieure, Physiker und Mathematiker gleichermaßen für die Phänomene in sich ausbreitenden Rissen und deren mathematische Modellierung. Die Hauptfragen, denen sich die Stuttgarter Wissenschaftler beim SimTech-Projekt "Computational modeling of phenomena in dynamic fracture" derzeit widmen, um die Rissausbreitung und -verzweigung physikalisch zu verstehen und verbesserte Kriterien für deren Modellierung zu erarbeiten, sind: Wann und wie verzweigen sich Risse? Beeinflussen Haarrisse, also die feinen Abzweigungen, den sich ausbreitenden Hauptriss?

Um berechnen zu können, wie sich Risse in den unterschiedlichsten Materialien ausbreiten, nutzen Linder und sein Team die Finite-Elemente-Methode (FEM). Bei dem im Ingenieurwesen weit verbreiteten numerischen Berechnungsverfahren zur näherungsweisen Lösung von Differentialgleichungen werden die unendlich vielen Freiheitsgrade auf eine endliche - finite - und somit berechenbare Anzahl reduziert. Die Rissausbreitung in die Finite-Elemente-Methode einzubinden ist mathematisch allerdings sehr anspruchsvoll. Die Schritte für die Zukunft haben die "Stuttgarter Rissforscher" schon geplant: Von der Makrostruktur wollen sie sich immer mehr in Richtung der Mikroebene vorarbeiten. Dort sollen die Finite-Elemente-Methode mit der Molekulardynamik kombiniert und schließlich die Risse auch in 3-D dargestellt werden.

Im Exzellenzcluster "Simulations Technologie", mit dem die Universität Stuttgart 2007 beim Forschungscluster-Wettbewerb der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern erfolgreich war, werden die vielfältigen Expertisen der Universität Stuttgart auf dem Gebiet der Simulationstechnologien gebündelt und weiterentwickelt. Das SimTech-Projekt "Computational modeling of phenomena in dynamic fracture" ist innerhalb der sechs Forschungsfelder des Exzellenzclusters im Forschungsfeld B "Advanced Mechanics of Multi-scale and Multi-field Problems" angesiedelt.

Ansprechpartner: Jun.-Prof. Christian Linder, Institut für Mechanik (Bauwesen), Tel. 0711 685 66382;
e-mail: linder@mechbau.uni-stuttgart.de
Text und Bild unter www.uni-stuttgart.de/presse/mediendienst/7/

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Roboterzelle bereichert Forschung zur Holzbearbeitung
17.11.2017 | Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde

nachricht Innovatives Sonnenhauskonzept des ISFH erreicht 20% Mehrertrag bei 35% geringeren Kosten
24.10.2017 | Institut für Solarenergieforschung GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Klein aber Fein: Das Designhaus "Frankel" aus England

20.11.2017 | Unternehmensmeldung

Mehr Sicherheit beim Fliegen dank neuer Ultraschall-Prüfsysteme

20.11.2017 | Maschinenbau

Spin-Strom aus Wärme: Neues Material für höhere Effizienz

20.11.2017 | Physik Astronomie