Bruchmechanische Verzweigungsanalyse zur Entstehung dreidimensionaler Rissmuster

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Die Herausbildung dreidimensionaler (3D-) Rissmuster, wie sie z.B. in keramischen Werkstoffen bei der Herstellung durch Trocknung, beim Thermoschock oder beim Erstarren von Lava (Basaltsäulen) entstehen, ist noch nicht geklärt. Risse bilden sich in der Regel durch Zugspannungen als Folge inhomogener Schrumpfungsprozesse. Es sollen experimentelle 3D-Rissanordnungen (Tunnelrisse und Basaltsäulen) untersucht werden, die infolge von Stoff- oder Wärmetransport über die Risse stationär wachsen. Ein Zusammenhang zwischen Wachstumsgeschwindigkeit und Abstand der Risse ergibt sich daraus, dass das synchrone Wachstum paralleler Risse aufgrund wechselseitiger Entlastung unterhalb eines kritischen Abstandes instabil ist, was zur Herausbildung der Rissmuster führt. Die Anwendung eines derartigen bruchmechanischen Verzweigungsproblems auf Basaltsäulen liefert im Rahmen eines eigenen 2D-Modelles einen um einen Faktor 10 zu großen Abstand der Risse. Es wird ein wesentlicher 3D-Effekt erwartet, der damit zusammenhängt, dass in diesem 3D-Rissmuster die Risse miteinander verbunden sind. Trocknungsexperimente sollen einen Vergleich mit der Theorie ermöglichen. Aussagen zur Verringerung der Schädigung infolge Trocknung oder Thermoschock werden angestrebt.