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Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Technische Mechanik
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Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)

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(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Titel des Gesamtprojektes:
Projektleitung: Paul Steinmann
Projektbeteiligte: Bernd Meyer, Erik Bitzek, Dirk Zahn, Thorsten Pöschel, Michael Zaiser, Sebastian Pfaller, Paolo Moretti, Julia Mergheim, Sigrid Leyendecker, Paul Steinmann, Michael Stingl, Ana-Suncana Smith
Projektstart: 1. Januar 2019
Projektende: 30. Juni 2023
Akronym: GRK 2423 FRASCAL
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/

Abstract

Das Graduiertenkolleg (GK) zielt auf das vertiefte Verständnis des Bruchverhaltens spröder, heterogener Materialien, indem es Simulationsmethoden entwickelt, die den vielskaligen Charakter von Bruchvorgängen erfassen können. Durch i) Verankerung in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, ii) Fokussierung auf den Einfluss von Heterogenitäten auf das Bruchverhalten auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen sowie iii) Integration hochgradig spezialisierter Ansätze in ein „holistisches“ Konzept widmet sich das GK einem anspruchsvollen Querschnittsthema der Werkstoffmechanik. Obwohl Ansätze für Simulationen zur Beschreibung des Bruchverhaltens für bestimmte Materialtypen sowie spezifische Zeit- und Längenskalen existieren, fehlt bislang ein ganzheitlicher, übergreifender Ansatz, mit dem Bruchvorgänge in diversen, besonders in heterogenen Materialien und in verschiedener zeit- und räumlicher Auflösung erfassbar sind. Daher beantragen wir ein interdisziplinäres GK aus Mechanik, Werkstoffwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik, das die erforderliche Methodik zur Untersuchung der Mechanismen des Sprödbruchs und deren Beeinflussung durch mehrskalige Heterogenitäten in verschiedenen Materialien entwickeln wird. Die so erzielten Erkenntnisse und der methodische Rahmen werden es erlauben, in Bezug auf das Bruchverhalten maßgeschneiderte und optimierte Materialien zu entwickeln. Das GK wird ein repräsentatives Spektrum spröder Materialien und deren Komposite sowie granulare und poröse Materialien umfassen. Im GK werden diese auf für Natur- und Ingenieurwissenschaften relevanten Zeit- und Längenskalen in subatomaren, atomaren, mesoskaligen und makroskopischen Beschreibungen untersucht. Die Modellierungen und Simulationen beruhen auf Ansätzen der Quantenmechanik, der Molekularmechanik und der Kontinuumsmechanik. Diese werden in einen umfassenden Rahmen eingebettet, der perspektivisch zu einem virtuellen Labor führt, das letztlich aufwändige und teure Material- und Bauteilversuche ergänzen und minimieren soll. Im GK werden Nachwuchsforscherinnen und -forscher unter Betreuung erfahrener PAs zu anspruchsvollen skalenübergreifenden Fragen von Bruchvorgängen forschen. Das GK wird in der Forschung und Lehre Synergien fördern und soll ein Schlüsselelement in den interdisziplinären Forschungsschwerpunkten „Neue Materialien und Prozesse“ sowie „Modellierung–Simulation–Optimierung“ der FAU werden.

Publikationen

  • Zhao W., Pfaller S.:
    The Capriccio method: a scale bridging approach for polymers extended towards inelasticity
    In: Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics 20 (2021)
    ISSN: 1617-7061
    DOI: 10.1002/pamm.202000301
  • Laurien M., Javili A., Steinmann P.:
    Nonlocal interfaces accounting for progressive damage within continuum-kinematics-inspired peridynamics
    In: International Journal of Solids and Structures 290 (2024), S. 1-21
    ISSN: 0020-7683
    DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2023.112641
  • Laurien M., Javili A., Steinmann P.:
    Peridynamic modeling of nonlocal degrading interfaces in composites
    In: Forces in Mechanics 10 (2023)
    ISSN: 2666-3597
    DOI: 10.1016/j.finmec.2022.100124

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Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

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