Das Versagen ferroelektrischer Keramiken unter kombinierten elektrischen und mechanischen Beanspruchungen - Theoretisch-numerische Simulation

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Auf der Grundlage werkstoffemchanischer Modelle und bruchmechanischer Kriterien soll das Versagen von Funktionskeramiken und mehrphasigen Werkstoffsystemen theoretisch beschrieben und numerisch berechnet werden. Es werden leistungsfähige Finitelement-Algorithmen zur Analyse von Rissen in beliebig geformten homogenen und heterogenen Strukturen aus piezo- oder ferroelektrischen Materialien unter gekoppelten elektrischen und mechanischen Belastungen entwickelt, die eine Bestimmung der bruchmechanischen Beanspruchungskenngrößen (Feldintentitätsfaktoren, Energiefreisetzungsraten, J-Integral) erlauben.In enger Zusammenarbeit mit dem Projekt "Experimentelle Modelluntersuchungen" werden die dort verwendeten Versuche theoretisch-numerisch analysiert, um den Zusammenhang zwischen mikrostrukturellen Versagensmechanismen und makroskopischen Bruchkenngrößen aufzuklären. Durch Simulation der elektromechanischen Felder in den Dünnschliffproben sollen die feld- und spannungsinduzierten Dömänenbewegungen in der Bruchprozeßzone verstanden und modelliert werden. Für elektromechanisch belastete Bruchproben (DCB, CT) wird mit Hilfe der numerischen Analysen eine quantitative Bestimmung der Bruchzähigkeiten und eine Beurteilung geeigneter Versagenskritierien erreicht.