Untersuchungen zu Spannungssingularitätsordnungen in linear-elastischen und piezoelektrischen Multimaterialkonfigurationen mit der Rand-Finite-Elemente-Methode

In hochbeanspruchten Strukturen sind zunehmend Verbundwerkstoffe im Einsatz. In solchen Strukturen können an verschiedenen Stellen Multimaterialkonfigurationen mit materiellen und geometrischen Diskontinuitäten vorliegen. Es stellt sich die Frage, wie diese bruchmechanisch bewertet werden können. Ein Parameter, der hierzu herangezogen werden kann, ist die Spannungssingularitätsordnung. In dieser Arbeit werden mithilfe der Rand-Finite-Elemente-Methode Untersuchungen zu Spannungssingularitätsordnungen in unterschiedlichen linear-elastischen und piezoelektrischen Multimaterialkonfigurationen mit materiellen und geometrischen Diskontinuitäten durchgeführt. Die Methode erweist sich hierbei als effizientes Werkzeug. Im Rahmen der Analysen wird deutlich, dass bei dreidimensionalen Konfigurationen ein komplexes Geschehen vorliegt. Bemerkenswert ist, dass bei einigen Multimaterialkonfigurationen stärkere Singularitäten als die bekannte Rissspitzensingularität auftreten. Für piezoelektrische Strukturen ergeben sich allgemein zusätzliche und stärkere Singularitätsordnungen als für rein linear-elastische Situationen.