Teilprojekt P1
Projektbeschreibung
Design und Analyse funktioneller Komposit-Materialien mit verzerrungsinduzierter magneto-elektrischer Kopplung
Magneto-elektrische Funktionswerkstoffe sind von hoher technischer Bedeutung für die Weiter- und Neuentwicklung funktioneller Systembauteile in der Medizintechnik und Informationstechnologie. Ihre herausragende technische Bedeutung gewinnen sie allerdings nur, wenn eine ausreichend große Kopplung zwischen den elektrischen und magnetischen Feldgrößen in einem technisch relevanten Temperaturbereich vorliegt. Da dies bei natürlichen Materialien nicht der Fall ist, kommt dem Design künstlicher magneto-elektrischer Materialien ein hoher wissenschaftlicher Stellenwert zu.
Im Rahmen dieses Projektes sollen magneto-elektrische Komposite, bestehend aus einer piezoelektrischen Matrix mit magnetischen Einschlüssen, meso-mechanisch modelliert, analysiert und makroskopisch charakterisiert werden. Hierzu wird für die einzelnen Phasen auf der Mesoskale eine vollständig magneto-elektro-mechanisch gekoppelte, themodynamisch konsistente Modellierung vorgenommen. Mit Hilfe einer direkten zweiskaligen Homogenisierungsvorschrift soll das (effektive) makroskopische Antwortverhalten berechnet werden, aus dem die gesuchten magneto-elektrischen Koeffizienten abzuleiten sind.
Veröffentlichungen
| Keip, M.-A., Labusch, M. & Schröder, J. (2013), "Two-scale computational homogenization of magneto-electric composites", Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. Vol. 13, pp. 529-532. |
BibTeX:
@article{Keip2013,
author = {M.-A. Keip and M. Labusch and J. Schröder},
title = {Two-scale computational homogenization of magneto-electric composites},
journal = {Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics},
year = {2013},
volume = {13},
pages = {529--532}
}
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| Keip, M.-A., Steinmann, P. & Schröder, J. (2014), "Two-scale computational homogenization of electroelasticity at finite strains", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Vol. 278, pp. 62-79. |
BibTeX:
@article{Keip2104,
author = {M.-A. Keip and P. Steinmann and J. Schröder},
title = {Two-scale computational homogenization of electroelasticity at finite strains},
journal = {Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering},
year = {2014},
volume = {278},
pages = {62--79}
}
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| Labusch, M., Keip, M.-A., Schröder, J. & Lupascu, D. (2013), "Numerical analysis of two-phase magneto-electric composites", Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. Vol. 13, pp. 261-262. |
BibTeX:
@article{Labusch2013,
author = {M. Labusch and M.-A. Keip and J. Schröder and D.C. Lupascu},
title = {Numerical analysis of two-phase magneto-electric composites},
journal = {Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics},
year = {2013},
volume = {13},
pages = {261--262}
}
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| Labusch, M., Etier, M., Lupascu, D., Schröder, J. & Keip, M.-A. (2014), "Product properties of a two-phase magneto-electric composite: Synthesis and numerical modeling", Computational Mechanics. Vol. 54, pp. 71-83. |
BibTeX:
@article{Labusch2014,
author = {Labusch, M. and Etier, M. and Lupascu, D.C. and Schröder, J. and Keip, M.-A.},
title = {Product properties of a two-phase magneto-electric composite: Synthesis and numerical modeling},
journal = {Computational Mechanics},
year = {2014},
volume = {54},
pages = {71--83},
note = {P1, P2}
}
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| M. Labusch, M.-A. Keip, B.K.J.S. (2014), "Computation of the Effective Magnetostrictive Coeffcient of Magneto-mechanically Coupled Composites", In Proceedings of 11$^th$ World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI). |
BibTeX:
@inproceedings{M.Labusch2014,
author = {M. Labusch, M.-A. Keip, B. Kiefer, J. Schröder},
title = {Computation of the Effective Magnetostrictive Coeffcient of Magneto-mechanically Coupled Composites},
booktitle = {Proceedings of 11$^th$ World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)},
year = {2014}
}
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| Schröder, J. (2009), "Derivation of the localization and homogenization conditions for electro--mechanically coupled problems", Computational Materials Science. Vol. 46, pp. 595-599. |
BibTeX:
@article{Sch:2009:dot,
author = {Schröder, J.},
title = {Derivation of the localization and homogenization conditions for electro--mechanically coupled problems},
journal = {Computational Materials Science},
year = {2009},
volume = {46},
pages = {595--599}
}
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| Schröder, J. & Keip, M.A. (2011), "Multiscale modeling of electro--mechanically coupled materials: homogenization procedure and computation of overall moduli", In IUTAM Symposium on Multiscale Modelling of Fatigue, Damage and Fracture in Smart Materials. |
BibTeX:
@inproceedings{SchKei:2011:mmo,
author = {Schröder, J. and Keip, M. A.},
title = {Multiscale modeling of electro--mechanically coupled materials: homogenization procedure and computation of overall moduli},
booktitle = {IUTAM Symposium on Multiscale Modelling of Fatigue, Damage and Fracture in Smart Materials},
year = {2011}
}
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| Schröder, J. & Keip, M.-A. (2012), "Two-scale homogenization of electromechanically coupled boundary value problems -- consistent linearization and applications", Computational Mechanics. Vol. 50, pp. 229-244. Springer Berlin / Heidelberg. |
BibTeX:
@article{SchKei:2012:tho,
author = {Schröder, J. and Keip, M.-A.},
title = {Two-scale homogenization of electromechanically coupled boundary value problems -- consistent linearization and applications},
journal = {Computational Mechanics},
publisher = {Springer Berlin / Heidelberg},
year = {2012},
volume = {50},
pages = {229--244},
note = {10.1007/s00466-012-0715-9},
url = {http://dx.doi.org/10.1007/s00466-012-0715-9}
}
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| Schröder, J., Keip, M.-A., Labusch, M. & Lupascu, D. (2013), "Strain induced product properties of magneto-electric Composites", In Research and Applications in Structural Engineering, Mechanics and Computation. , pp. 393-398. Taylor & Francis Group. |
BibTeX:
@incollection{SchKeiLabLup:2013:sip,
author = {Schröder, J. and Keip, M.-A. and Labusch, M. and Lupascu, D.C.},
title = {Strain induced product properties of magneto-electric Composites},
booktitle = {Research and Applications in Structural Engineering, Mechanics and Computation},
publisher = {Taylor & Francis Group},
year = {2013},
pages = {393--398}
}
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| J. Schröder, M. Labusch, M.-A.K. (2015), "Algorithmic two-scale transition for magneto-electro-mechanically coupled problem", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Vol. submitted for publication |
BibTeX:
@article{Schr2015,
author = {J. Schröder, M. Labusch, M.-A. Keip},
title = {Algorithmic two-scale transition for magneto-electro-mechanically coupled problem},
journal = {Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering},
year = {2015},
volume = {submitted for publication}
}
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| Schrade, D., Müller, R., Gross, D., Keip, M.-A., Thai, H. & Schröder, J. (2014), "An invariant formulation for phase field models in ferroelectrics", International Journal of Solids and Structures. Vol. 51, pp. 2144-2156. |
BibTeX:
@article{Schrade2014,
author = {Schrade, D. and Müller, R. and Gross, D. and Keip, M.-A. and Thai, H. and Schröder, J.},
title = {An invariant formulation for phase field models in ferroelectrics},
journal = {International Journal of Solids and Structures},
year = {2014},
volume = {51},
pages = {2144--2156},
note = {P4, P1}
}
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| Keip, M.-A., Schrade, D., Thai, H., Schröder, J., Svendsen, B., Müller, R. & Gross, D. (2015), "Coordinate-invariant phase-field modeling of ferroelectrics, part II: Model formulation and single-crystal simulations", GAMM-Mitteilungen. Vol. 38(1), pp. 115-131. |
BibTeX:
@article{Keip2015,
author = {Keip, M.-A. and Schrade, D. and Thai, H. and Schröder, J. and Svendsen, B. and Müller, R. and Gross, D.},
title = {Coordinate-invariant phase-field modeling of ferroelectrics, part II: Model formulation and single-crystal simulations},
journal = {GAMM-Mitteilungen},
year = {2015},
volume = {38},
number = {1},
pages = {115--131}
}
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| Labusch, M., Keip, M.-A., Kiefer, B. & Schröder, J. (2014), "Computation of Effective Non-linear Inelastic Properties of Magnetostrictive Composites", Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. Vol. 14(1), pp. 559-560. |
BibTeX:
@article{LaKe:2014;Pamm,
author = {Labusch, M. and Keip, M.-A. and Kiefer, B. and Schröder, J.},
title = {Computation of Effective Non-linear Inelastic Properties of Magnetostrictive Composites},
journal = {Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics},
year = {2014},
volume = {14},
number = {1},
pages = {559--560},
note = {P1 and P7}
}
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| Schröder, J., Labusch, M., Keip, M.-A., Kiefer, B. & Lupascu, D. (2015), "Computation of Magneto-Electric Product Properties for BTO-CFO 0-3 Composites", GAMM-Mitteilungen. Vol. 38(1), pp. 8-24. |
BibTeX:
@article{SchLaKeKieLup;GAMM,
author = {Schröder, J. and Labusch, M. and Keip, M.-A. and Kiefer, B. and Lupascu, D.C.},
title = {Computation of Magneto-Electric Product Properties for BTO-CFO 0-3 Composites},
journal = {GAMM-Mitteilungen},
year = {2015},
volume = {38},
number = {1},
pages = {8--24}
}
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| Schrade, D., Keip, M.-A., Thai, H., Schröder, J., Svendsen, B., Müller, R. & Gross, D. (2015), "Coordinate-invariant phase-field modeling of ferroelectrics, part I: Model formulation and single-crystal simulations", GAMM-Mitteilungen. Vol. 38(1), pp. 102-114. |
BibTeX:
@article{Schrade2015,
author = {Schrade, D. and Keip, M.-A. and Thai, H. and Schröder, J. and Svendsen, B. and Müller, R. and Gross, D.},
title = {Coordinate-invariant phase-field modeling of ferroelectrics, part I: Model formulation and single-crystal simulations},
journal = {GAMM-Mitteilungen},
year = {2015},
volume = {38},
number = {1},
pages = {102--114}
}
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Stand: 14.05.2015
Aktuelle Ergebnisse
Das übergeordnete Ziel der ersten Förderperiode war die Entwicklung einer computerbasierten Homogenisierungsmethode zur Simulation magneto-elektrisch koppelnder Komposite auf zwei Skalen. Als Komposite wurden zweiphasige Materialien, bestehend aus einer magneto- und einer elektro-mechanisch gekoppelten Phase, betrachtet. Jene generieren die gewünschte magneto-elektrischen Kopplung als verzerrungsinduzierte Produkteigenschaft. Ein zentraler Aspekt der Forschungsarbeiten bestand in der Bestimmung effektiver Tangentenmoduli, die automatisch die zu ermittelnden effektiven magneto-elektrischen Koeffizienten liefern. Als zu untersuchende Komposite kamen experimentell gewonnene Mikrostrukturen des Teilprojekts P2 (Lupascu) zum Einsatz. Entsprechende Simulationen zeigten, dass die Berücksichtigung von linearem Stoffverhalten der Einzelphasen keine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den experimentellen Daten liefern konnte. Durch Berücksichtigung von dissipativem Materialverhalten von sowohl der magneto- als auch der elektro-mechanischen Phase konnten daraufhin maßgebliche Modellverbesserungen erzielt werden. Sie wurden unter anderem in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten P7 (Kiefer & Bartel) und P3 (Miehe) erarbeitet.
Prof. Dr.-Ing. Jörg Schröder
Institut für Mechanik
j.schroeder@uni-due.de
Tel.: +49(0)201/183-2682
Raum: V15 S06 D17
Dr.-Ing. Dominik Brands
Institut für Mechanik
dominik.brands@uni-due.de
Tel.: +49(0)201/183-2701
Raum: V15 S06 D20
Matthias Labusch, M. Sc.
Institut für Mechanik
matthias.labusch@uni-due.de
Tel.: +49(0)201-183-2679
Raum: V15 S06 D87