Bruch-Modellierung auf atomarer Skala

Die Erforschung des Materialversagens und dessen Zusammenhang mit der Mikrostruktur eines Materials steht im Mittelpunkt der Materialwissenschaften. Ob eine beanspruchte Komponente spröde oder duktil bricht, wird durch die Fähigkeit der Materialien bestimmt, elastische Energie in plastische Arbeit umzuwandeln. Die plastische Energie-Dissipation während dem Bruch wird durch die Erzeugung und Bewegung von Versetzungen am Riss bestimmt. Wir verwenden groß angelegte, vollständig dreidimensionale atomistische Simulationen, um einzelne Risse und das Zusammenspiel von statischen und sich ausbreitenden Rissen mit Versetzungen, Korngrenzen und anderen Elementen der Mikrostruktur zu untersuchen.

Das Verständnis der Details von Riss-Mikrostruktur-Wechselwirkungen ist entscheidend für die Entwicklung neuer Strategien zur Risskontrolle oder Verbesserung von Modellen für Rissstop-Zähigkeit, sowie für das Verständnis der frühen Stadien des Risswachstums von Rissen auf Miskrostruktur-Ebene.

Diese Forschung wird derzeit über den Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen des Projekts „microKIc – Microscopic Origins of Fracture Toughness“ (Grant Agreement No. 725483) finanziert. Atomistische Bruch-Studien sind auch Teil der Forschungstrainingsgruppe Fracture across Scales (FRASCAL).

Movie caption: Atomistic simulations of dislocation – crack interactions reveal mechanisms for avalanche-like dislocation multiplication and generation of plasticity at cracks.

Zugehörige Veröffentlichungen:

  • E.I. Preiß, H. Lyu, J.P. Liebig, G. Richter, F. Gannott, P.A. Gruber, M. Göken, E. Bitzek, B. Merle [2019], „Microstructural dependence of the fracture toughness of metallic thin films: A bulge test and atomistic simulation study on single-crystalline and polycrystalline silver films“, Jour. Mater. Res. 34, 3483-3494, Link to paper
  • J. J. Möller, E. Bitzek, R. Janisch, H. ul Hassan and A. Hartmaier [2018], “Fracture ab initio: A force-based scaling law for atomistically informed continuum models”, Jour. Mater. Res. 33 3750, Link to article
  • J. J. Möller, M. Mrovec, I. Bleskov, J. Neugebauer, T. Hammerschmidt, R. Drautz, C. Elsässer, T. Hickel, and E. Bitzek [2018], „{110} planar faults in strained bcc metals: Origins and implications of a commonly observed artifact of classical potentials“, Phys. Rev. Materials 2 093606, Link to article
  • J. J. Möller, E. Bitzek, “Atomic-scale modeling of elementary processes during the fatigue of metallic materials: from crack initiation to crack-microstructure interactions”, in Fatigue of Materials at Very High Numbers of Loading Cycles – Experimental Techniques, Mechanisms, Modeling and Fatigue Life Assessment Ed. HJ Christ, Springer, 2018
  • J.J. Möller, E. Bitzek [2016], „A novel method for identifying defects in body-centered cubic crystals“, MethodsX 3 279-288, Link to article
  • J. Bach, J.J. Möller, M. Göken, E. Bitzek, H.W. Höppel [2016], „On the transition from plastic deformation to crack initiation in the high-and very high-cycle fatigue regimes in plain carbon steels“, International Journal of Fatigue 93 281-291, Link to article
  • J. Luo, J. Wang, E. Bitzek, J. Y. Huang,H. Zheng, L. Tong, Q. Yang, J. Li, S.X. Mao [2016], „Size-Dependent Brittle-to-Ductile Transition in Silica Glass Nanofibers“, Nano Letters 16, 105-113 Link to article
  • J.J. Möller, E. Bitzek [2015], „On the influence of crack front curvature on the fracture behavior of nanoscale cracks“, Engineering Fracture Mechanics, 150 197-208, Link to article
  • E. Bitzek, J. Kermode, P. Gumbsch [2015], „Atomistic aspects of fracture“, International Journal of Fracture, 191 13-30 Link to article
  • J.J. Möller, E. Bitzek [2014], „Fracture toughness and bond trapping of grain boundary cracks“, Acta Materialia 73 1-11 Featured in the Sciencedirect TOP 25 list of most downloaded articles (ranked 5 of 25) for Acta Materialia in the period April – June 2014 Link to article
  • J.J. Möller, E. Bitzek [2014], „Comparative study of embedded atom potentials for atomistic simulations of fracture in α-iron“, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 22 045002 Link to article
  • J. Bach, H.W. Höppel, E. Bitzek, M. Göken [2013], „Influence of specimen geometry on temperature increase during ultrasonic fatigue testing“, Ultrasonics 53, 1412-1416 Link to article
  • E. Bitzek, P. Gumbsch [2013], “Mechanisms of Dislocation Multiplication at Crack Tips”, Acta Mater. 61 1394-1403 Link to article
  • J. J. Möller, A. Prakash, E. Bitzek [2013], „FE2AT-finite element informed atomistic simulations“, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 21 055011 Link to article