Simulation zeigt Verlauf von Rissen in Materialien

Forscher der Northeastern University haben in Kooperation mit Wissenschaftlern des Weizmann Institute of Science's Chemical Physics Department http://weizmann.ac.il untersucht, wie sich Risse in Werkstoffen verhalten. Während ihrer Studie haben sie eine Computer-Simulation entwickelt, die dabei helfen soll, künftig stärkere Materialien zu entwerfen.

Während gerade Risse prinzipiell mit Schallgeschwindigkeit durch ein Material rasen können, erreichen sie aus zuvor undefinierbaren Gründen niemals dieses Tempo. Der Forscher Alain Karma und sein Team können beweisen, dass es daran liegt, dass Risse von Natur aus bei hoher Geschwindigkeit instabil werden. Die Instabilität verursacht, dass der Riss von Seite zu Seite eiert und einen gewellten Pfad im Material hinterlässt.

Laut dem Wissenschaftler wurde diese Instabilität von konventionellen Theorien bislang außer Acht gelassen. Diese hätten bislang nur wiedergegeben, dass Streckung und Kraft in einem linearen Verhältnis stünden - verdoppelt sich die Kraft, verdoppelt sich auch die Streckung. Diese Erkenntnis glauben die Wissenschaftler nun widerlegen zu können. Unter den neuen Erkenntnissen gelang es Karma und seinem Team, eine Computer-Simulation zu entwickeln, welche die Dynamik von Rissen unter unterschiedlichen Bedingungen anzeigt.

Durch die Simulation wollen die Wissenschaftler besser verstehen, wie und warum spezielle Werkstoffe unter Einwirkung versagen. In der Studie werden dünne Platten von quasi-zweidimensionalen Werkstoffen genutzt. Sie planen nun die Forschungsarbeit auf 3D-Massengut auszuweiten. Sie nehmen an, dass die nichtlineare Beziehung zwischen Kraft und Deformation aus mikroverzweigten Instabilitäten resultiert - und glauben, dass sie das Problem lösen können.

http://northeastern.edu