Kontakt Mechanik für Gradientenmaterialien

Projektdetails

Trotz der wachsenden Bedeutung von verallgemeinerten und mikrostrukturellen Kontinua gibt es nach wie vor offene Fragen zu Randbedingungen, einschließlich des Kontakts. Das übergeordnete Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist die Entwicklung, Analyse und Implementierung eines neuartigen Satzes von Kontaktformulierungen für Gradientenmaterialien höherer Ordnung, um den Weg für weitere Anwendungen bei der Simulation komplexer Materialien zu ebnen. 

Für das Volumenmaterial ermöglicht die Berücksichtigung höherer Gradienten in der Dehnungsenergiefunktion die Simulation komplexer Materialien mit Mikrostruktur mit hoher Genauigkeit und Effizienz.

Wie wir bereits in [1] gezeigt und experimentell validiert haben, liefern selbst extrem grobe Netze unter Verwendung eines Zweiter-Gradienten-Ansatzes bei faserverstärkten Polymeren eine ähnliche Genauigkeit wie eine Erster-Gradienten-Formulierung, die einzelne Faserbündel auflöst, d. h. bei der Netzgrößen verwendet werden, die um mehrere Größenordnungen kleiner sind. 

Wir erwarten eine ähnliche Auswirkung für die Kontaktfläche, wobei zu beachten ist, dass die Anwendung eines Erster-Gradienten-Ansatzes weiterhin möglich bleibt, allerdings auf Kosten eines hohen Rechenaufwands und Energieverbrauchs sowie einer detaillierten Auflösung der Kontaktfläche.

[1] J. Schulte, M. Dittmann, S.R.Eugster, S. Hesch, T. Reinicke, F. dell’Isola, C. Hesch. Isogeometric analysis of fiber reinforced composites using Kirchhoff–Love shell elements. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 362:112845, 2020.