Forschung

Gekoppelte Mehrfeldprobleme und (multi-)ferroische Funktionswerkstoffe. Betrachtet werden insbesondere Wechselwirkungen von mechanischen, elektrischen, magnetischen und kalorischen Größen. Erforscht wird u. A. das konstitutive Verhalten, insbesondere unter Berücksichtigung physikalisch nichtlinearer Prozesse. Werkstoffseitig stehen Ferroelektrika, Ferromagnetika und multiferroische Verbundwerkstoffe im Vordergrund. Zur Modellierung und Simulation kommt insbesondere die am Fachgebiet entwickelte und stetig erweiterte Kondensierte Methode (KM) zur Anwendung. Die KM bildet die Grundlage einer effizienten skalenübergreifenden multiphysikalischen Modellierung irreversibler Prozesse. Die Methode der Finiten Elemente ermöglicht ergänzend die Berechnung intelligenter, sog. „smarter“ Strukturen wie Stapelaktuatoren oder multifunktionaler Verbundwerkstoffe. Experimentelle Untersuchungen an Ferroelektrika dienen der Erforschung unterschiedlicher Kopplungsphänomene und der Validierung von Berechnungsmodellen. Anwendungsorientierte Fragestellungen adressieren u. A. Aktoren und Sensoren, die Speicherung digitaler Daten oder die unmittelbare Wandlung mechanischer in elektrische Energie („energy harvesting“).

Analytische und numerische Grundlagen und Methoden der Bruchmechanik. Ziele sind u. A. die Vorhersage von Risspfaden in ebenen und räumlichen Strukturen und die Erforschung diesbezüglicher Einflussgrößen wie Anisotropien, Eigenspannungen oder Heterogenitäten. Der Fokus dabei liegt auf einer möglichst hohen Genauigkeit und Effizienz bei numerischen Simulationen. Betrachtet werden neben strukturellen metallischen, kristallinen und quasikristallinen, sowie nichtmetallischen organischen und anorganischen Materialien auch Multifunktionswerkstoffe, insbesondere Piezo- und Ferroelektrika sowie Ferromagnetika. Neben theoretischen werden auch experimentelle Arbeiten zur Validierung der Modelle durchgeführt. Technische Anwendungen fokussieren die Bewertung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Strukturen. Neben den Methoden zur Vorhersage werden auch Konzepte zur Parameteridentifikation bzw. Strukturüberwachung bei rissbehafteten technischen Strukturen mittels inverser Lösungsstrategien auf Basis semi-analytischer Ansätze der linearen Elastizitätstheorie theoretisch und experimentell erarbeitet.

Schädigung struktureller und multifunktionaler Werkstoffe. Hier stehen mikromechanisch bzw. mikrophysikalisch motivierte Kontinuumsschädigungsmodelle im Vordergrund. Ziel ist die Untersuchung von Einflussgrößen der durch Mikrorisswachstum induzierten Schädigung auf Werkstoffebene und der Bildung makroskopischer Anrisse auf struktureller Ebene. Erforscht wird vor diesem Hintergrund überwiegend sprödes Versagen, u.A. in feuerfesten Struktur- als auch in ferroelektrischen Funktionskeramiken. Dabei sind wiederum Fragestellungen der Kopplung und gegenseitigen Einflussnahme mechanischer, kalorischer oder elektrischer Größen relevant. Neben der theoretischen Modellierung und Simulation werden im Bereich der Ferroelektrika Experimente durchgeführt.

Einzelheiten zur Forschung sind der Rubrik Publikationen zu entnehmen.