Dynamische Rissanalyse in geschichteten anisotropen Verbundwerkstoffen mit einer Zeitbereichs-Randelementmethode

Michael Wünsche; Chuanzeng Zhang; Meinhard Kuna

doi:10.3139/120.110021

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Dynamische Rissanalyse in geschichteten anisotropen Verbundwerkstoffen mit einer Zeitbereichs-Randelementmethode

Michael Wünsche , Chuanzeng Zhang and Meinhard Kuna

Published/Copyright: May 26, 2013

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From the journal Materials Testing Volume 51 Issue 3

Abstract

In this paper we present a novel time-domain boundary element method (BEM) for dynamic crack analysis in two-dimensional (2-D) linear elastic and layered anisotropic materials. Stationary cracks subjected to impact loading are considered. The homogeneous layers are considered by the multi-domain BEM formulation. On the external boundary and the interfaces, the classical displacement boundary integral equations are used, while the hypersingular traction boundary integral equations are applied on the crack-faces inside the homogeneous layers. The time-domain elastodynamic fundamental solutions for anisotropic solids are used in the present method. The spatial discretization is performed by a Galerkin-method while a collocation method is adopted for the temporal discretization. An explicit time-stepping scheme is developed to compute the discrete boundary data and the crack-opening-displacements.

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird eine neue Zeitbereichs-Randelementmethode für dynamische Rissprobleme in ebenen linear-elastischen anisotropen und geschichteten Verbundwerkstoffen vorgestellt. Dabei werden stationäre Risse unter Stossbelastung betrachtet. Die homogenen Teilschichten werden durch die Verwendung der Substrukturtechnik berücksichtigt. Für den äußeren Rand und die Grenzflächen werden die klassischen Verschiebungs-randintegralgleichungen verwendet, während auf dem Riss innerhalb einer homogenen Teilschicht hypersinguläre Spannungsrandintegralgleichungen implementiert sind. Es werden die zeitabhängigen Fundamentallösungen für anisotrope Werkstoffe verwendet. Für die räumliche Diskretisierung wird die Galerkin-Methode implementiert, während die zeitliche Diskretisierung durch ein Kollokationsverfahren erfolgt. Die Berechnung der unbekannten Randdaten und Rissöffnungen wird mit einem expliziten Zeitschrittverfahren durchgeführt.

Dr.-Ing. Michael Wünsche studierte Maschinenbau an der Hochschule Zittau/Görlitz. Von 2003–2007 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Bauwesen der Hochschule Zittau/Görlitz und am Lehrstuhl für Baustatik der Universität Siegen. Er promovierte 2008 an der Fakultät Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Seit 2007 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Sevilla.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Chuanzeng Zhang, studierte Bauingenieurwesen und Mechanik an der TU Darmstadt. Er promovierte am Institut für Mechanik der TU Darmstadt. Er war dann Postdoktor in Northwestern University, USA. Danach war er Associate Professor und Professor an der Tongji Universität in Shanghai, VR China. Von 1990 bis 1993 war er Gastwissenschaftler am Institut für Mechanik der TU Darmstadt. Anschließend war er bei der BGS Ingenieursozietät Frankfurt/M. als Baustatiker tätig. Von 1995 bis 2004 war er Professor an der Hochschule Zittau/Görlitz. Seit 2004 ist er Universitätsprofessor an der Universität Siegen.

Professor Dr. rer. nat. habil. Meinhard Kuna studierte bis 1972 Physik an der TU Magdeburg und promovierte 1978 an der Universität Halle, wo er sich 1991 auch mit dem Thema „Numerische Methoden der Bruchmechanik‟ habilitierte. Er war als Gruppenleiter an der Akademie der Wissenschaften (IFE Halle), als Abteilungsleiter am FhG Institut für Werkstoffmechanik Freiburg/Halle und an der MPA Stuttgart tätig. Seit 1997 ist er Universitätsprofessor für Festkörpermechanik an der TU Bergakademie Freiberg. Die Arbeitsgebiete von Professor Kuna umfassen die Bruchmechanik, Schädigungsmechanik, Materialtheorie und die Entwicklung numerischer Berechnungsverfahren (FEM, BEM). Die Anwendungen umfassen die Sicherheitsbewertung technischer Konstruktionen, adaptive Materialien und mikroelektronische Strukturen. Professor Kuna leitete in den vergangenen vier Jahren als Obmann den DVM Arbeitskreis Bruchmechanik.

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Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2009-03-01

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