Numerical investigation on dynamic behavior of piezo-ceramics with cracks under impact loading

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Das geplante Vorhaben befasst sich mit den numerischen Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von Piezokeramiken mit Rissen unter mechanischen und elektrischen Stoßbelastungen. Dazu soll eine effiziente und leistungsfähige Zeitbereichs-Randelementmethode entwickelt werden. Als Ausgangspunkt dafür sollen entweder nicht-hypersinguläre oder hypersinguläre zeitabhängige Randintegralgleichungen verwendet werden. Zur Lösung der Randintegralgleichungen wird ein neuartiges Zeitschrittverfahren implementiert. Die zeitlichen Faltungsintegrale der zeitabhängigen Randintegralgleichungen werden durch eine Faltungsquadratur approximiert, während die räumliche Diskretierung entweder durch eine Galerkin- oder eine Kollokationsmethode erfolgt. Die zu entwickelnde Randelementmethode soll es ermöglichen, piezokeramische Bauteile mit beliebigen Rändern und Risskonfigurationen unter mechanischen und elektrischen Stoßbelastungen numerisch zu simulieren. Es werden zwei-dimensionale (2-D) stationäre dynamische Rissprobleme sowohl im unendlichen als auch im endlichen Gebiet behandelt. Untersucht werden sollen insbesondere die transienten dynamischen Effekte praxisnaher stoßartiger mechanischer und elektrischer Belastungen sowie die Einflüsse verschiedener elektrischer Rissflanken-Randbedingungen auf die dynamischen Intensitätsfaktoren des mechanischen und des elektrischen Feldes.