Konstitutive Eigenschaften von Werkstoffen
Verantwortliche HochschullehrerInnen: Prof. Schanz; Prof. Stark; Prof. Dimmig-Osburg; Prof. Rabczuk
Kooperierende HochschullehrerInnen: Prof. Kornadt; Prof. Schwarz, Prof. Kaps, Prof. Kießl
NachwuchswissenschaftlerInnen: Dr. Bellmann, Dr. Rößler, Dr. Wuttke
Problemstellung
Zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Tragsicherheit von Strukturen muss der Ingenieur eine qualitativ hochwertige Vorhersage des Struktur- und dabei insbesondere des Materialverhaltens, treffen können. Im Rahmen des vorliegenden Antrags werden Werkstoffe mit kristalliner Mikrostruktur (Stahl) und poröse Materialien (Polymermodifizierter Beton, Tone) behandelt.
Methoden und Ziele
Zentrales Ziel der beschriebenen Arbeiten ist die Quantifizierung von Anforderungen an den Grad der Idealisierung von Konstitutivbeschreibungen unter Beachtung deren Komplexität (z. B. Berücksichtigung der Textur, von Anisotropie, Mehrphaseneigenschaften usw.) und Robustheit in Abhängigkeit von der Art der jeweils zu Grunde liegenden Fragestellung (z. B. Mehrfeldprobleme, statische oder dynamische Lasten usw.).
Auf unterschiedlichen Skalen (Meso-, Mikro- und Nanoebene) führen zunehmend komplexere Konstitutivbeziehungen zu einer Abnahme der Robustheit und Zunahme der Unschärfe der Konstitutivbeziehungen bzw. parameter. Es werden sowohl deterministische als auch stochastische Ansätze bezüglich der Konstitutivparameter angewandt. Bei Verwendung von stochastischen Ansätzen tritt als zusätzliche Schwierigkeit die im Allgemeinen unbekannte genaue Verteilung der Konstitutivparameter hinzu. In diesem Antrag werden inverse Methoden und die Sensitivitätsanalyse zu ihrer indirekten, iterativen Bestimmung benutzt (Cividini 1981; Maier et al. 1997; Meier et al. 2006). Die Qualitätsaussage ergibt sich auf der Ebene der Partialmodelle durch deren Gegenüberstellung mit vorhandenen experimentellen Ergebnissen. Ergänzend wird die Konsequenz von zunehmend unscharfen Konstitutivparametern auf die Aussage des Partialmodells an synthetischen Experimenten untersucht.