Skalenübergreifende Modellierung und Simulation des Schädigungsverhaltens polykristalliner ferroelektrischer Keramiken bei elektro-mechanischer Beanspruchung

机电应力下多晶铁电陶瓷损伤行为的跨尺度建模与仿真

• 批准号: 214252403
• 负责人: Professor Dr. Meinhard Kuna
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Mechanik und Fluiddynamik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2011-12-31 至 2016-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/214252403?language=en
• 关键词: Skalen; bergreifende; Modellierung; und; Simulation

Polykristalline ferroelektrische Keramiken finden in modernen Sensoren, Aktoren und Wandlern vielfältige Anwendungen. Diese Bauelemente sind im betrieblichen Einsatz statischen und dynamischen elektrischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt, so dass die Bewertung und Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit und Lebensdauer ein technisch wichtiges Problem darstellt. Die entscheidenden Prozesse der Materialschädigung laufen durch Bildung und Wachstum von Mikrorissen in der Mikrostruktur ab. Sie sind eine Folge ferroelektrischer Domänenschaltvorgänge und der dadurch verursachten inneren Spannungen. Ziel des Projekts ist deshalb eine skalenübergreifende Modellierung der elektro-mechanischen Schädigung in polykristallinen Ferroelektrika. Dazu wird ein erweitertes dreidimensionales Materialmodell für das irreversible Domänenverhalten auf der mikroskopischen Ebene in ein Finite Element Programm implementiert. Die mesoskopische Gefügestruktur in Bereichen hoher Beanspruchungen wird mit Hilfe von repräsentativen Volumenelementen hochaufgelöst abgebildet. Die elementaren Schädigungsprozesse der inter- und transgranularen Bruchvorgänge werden durch Kohäsivelemente simuliert. Um das Schädigungsmodell auch auf makroskopische Bauelemente und Prüfkörper anwenden zu können, wird ein leistungsfähiges numerisches FE2- Werkzeug für massiv parallele Rechnercluster geschaffen.

多晶铁电陶瓷可在现代传感器、Aktoren 和 Wandlern vielfältige Anwendungen 中找到。 Zuverlässigkeit und Lebensdauer ein technisch wichtiges Problem darstellt。 Verursachten insideen Spannungen。在有限元程序实现中。同时。

项目成果

Simulation of damage in ferroelectric actuators by means of cohesive zone model

利用内聚区模型模拟铁电致动器的损伤

• DOI: 10.1016/j.sna.2015.06.030
• 发表时间: 2015-09-01
• 期刊: Sensors and Actuators A-physical
• 影响因子: 4.6
• 作者: S. Kozinov;M. Kuna
• 通讯作者: M. Kuna

A cohesive zone model for the electromechanical damage of piezoelectric/ferroelectric materials

压电/铁电材料机电损伤的内聚区模型

• DOI: 10.1088/0964-1726/23/5/055024
• 发表时间: 2014-04-01
• 期刊: Smart Materials and Structures
• 影响因子: 4.1
• 作者: S. Kozinov;M. Kuna;S. Roth
• 通讯作者: S. Roth