Zur Modellierung von Deformation und Versagen intelligenter Werkstoffe

Einen Vortrag mit dem Thema „Zur Modellierung von Deformation und Versagen intelligenter Werkstoffe“ hält im Rahmen des Seminars für Bauwesen Prof. Dr.-Ing. Dietmar Gross von der Technischen Universität Darmstadt, Fachgebiet Festkörpermechanik. Der Vortrag findet am 24. November im Hörsaal 118 im Beyer-Bau statt und beginnt um 18:30 Uhr.

Unter intelligenten Werkstoffen – auch Smart Materials genannt – versteht man in der Regel Festkörper, deren Verhalten durch äußere Felder wie Temperatur oder elektrische Spannung stark beeinflusst werden kann. Typische Beispiele hierfür sind Formgedächtnislegierungen, Piezoelektrika oder Elektropolymere, die heute in der industriellen Praxis in weiten Bereichen eingesetzt werden.

Nach einem kurzen Einblick in die Anwendungsmöglichkeiten werden einige Probleme von Piezoelektrika und von dielektrischen Elastomeren näher diskutiert. Eines davon ist die sogenannte elektrische Ermüdung von Piezoelektrika, die bisher noch nicht vollständig verstanden ist. Gezeigt wird dabei, wie man durch geeignete Modellierung der Mikromechanismen und durch numerische Simulation zu einem Verständnis der ablaufenden Prozesse kommen kann. Ein anderes Problem ist das Bruchverhalten dieser Werkstoffe, das im Wesentlichen durch die Domänenstruktur in der Umgebung der Rissspitze bestimmt wird. Hier lassen sich mittels FE-Simulationen auf der Basis der Phasenfeldtheorie Einblicke gewinnen, die Schlüsse hinsichtlich des makroskopischen Verhaltens erlauben.

Dielektrische Elastomeraktuatoren neigen bei einem kritischen elektrischen Feld zur elektromechanischen Instabilität, die in der starken Nichtlinearität dieses „weichen“ Materials begründet sind. Verglichen werden verschiedene Materialmodelle hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das Stabilitätsverhalten. Daneben wird mittels FE-Simulationen gezeigt, auf welche Weise man die Effizienz dieser Materialien durch Einbettung „harter“ piezoelektrischer Partikel möglicherweise optimieren kann.

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