Teilprojekt P7
Projektbeschreibung
Numerische Relaxierung zur Beschreibung der Mikrostrukturentwicklung in funktionalen magnetischen Werkstoffen
Ziel des Teilprojektes P7 ist die Entwicklung neuartiger, skalenübergreifender Modelle für das gekoppelte, nichtlineare und dissipative Verhalten magnetostriktiver Werkstoffe mit expliziter Berücksichtigung der Mikrostrukturentwicklung auf der Basis von relaxierten Energiepotentialen. Zunächst soll in einem Grundmodell das lokal homogenisierte magneto-mechanische Verhalten auf Einkristallebene simuliert werden. Der Ansatz basiert auf einer geometrischen Approximation der Mikrostruktur durch Laminate 2. Ordnung. Die Entwicklung energetischer interner Variablen ergibt sich in diesem Ansatz aus der Relaxierung nicht-konvexer Energien. Für die Entwicklung der dissipativen Variablen werden Evolutionsgesetze abgeleitet. Die zweite Projektphase befasst sich mit einem erweiterten Relaxierungsmodell, in dem Formulierungen mit endlicher magnetischer Anisotropie und die Relaxierung mit zusätzlichen Freiheitsgraden betrachtet werden. Außerdem soll die Möglichkeit der Entwicklung generalisierter Materialstabilitätsbegriffe für magnetomechanisch gekoppeltes Antwortverhalten untersucht werden. Die dritte Projektkomponente ist die Entwicklung theoretischer und algorithmischer Grundlagen zur Berechnung effektiver Materialeigenschaften auf Polykristall- und Makro-Ebene durch Einbettung der entwickelten Relaxierungsmodelle in skalenüberbrückende Finite-Elemente-Simulationen.
Veröffentlichungen
| Kiefer, B., Buckmann, K. & Bartel, T. (2015), "Numerical Energy Relaxation to Model Microstructure Evolution in Functional Magnetic Materials", GAMM-Mitteilungen. Vol. 38(1), pp. 171-196. |
BibTeX:
@article{Kief2015,
author = {Kiefer, B.B. and Buckmann, K. and Bartel, T.},
title = {Numerical Energy Relaxation to Model Microstructure Evolution in Functional Magnetic Materials},
journal = {GAMM-Mitteilungen},
year = {2015},
volume = {38},
number = {1},
pages = {171--196},
note = {P7}
}
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| Schröder, J., Labusch, M., Keip, M.-A., Kiefer, B., Brands, D. & Lupascu, D.C. (2015), "Computation of Magneto-Electric Product Properties for BTO-CFO 0-3 Composites", GAMM-Mitteilungen. Vol. 38(1), pp. 8-24. |
BibTeX:
@article{Sch2015,
author = {Schröder, J. and Labusch, M. and Keip, M.-A. and Kiefer, B. and Brands, D. 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},
note = {P1, P2, P7}
}
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| Bartel, T., Kiefer, B., Buckmann, K. & Menzel, A. (2014), "A Kinematically-Enhanced Relaxation Scheme for the Modeling of Displacive Phase Transformations", Intelligent Material Systems and Structures. |
BibTeX:
@article{Bartel2014,
author = {T. Bartel and B. Kiefer and K. Buckmann and A. Menzel},
title = {A Kinematically-Enhanced Relaxation Scheme for the Modeling of Displacive Phase Transformations},
journal = {Intelligent Material Systems and Structures},
year = {2014},
doi = {http://dx.doi.org/10.1177/1045389X14557507}
}
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| Buckmann, K., Kiefer, B., Bartel, T. & Menzel, A. (2014), "Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques", In Proceedings of the Second Seminar on the Mechanics of Multifunctional Materials., pp. 7-10. |
BibTeX:
@inproceedings{Buckmann2014,
author = {K. Buckmann and B. Kiefer and T. Bartel and A. Menzel},
title = {Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques},
booktitle = {Proceedings of the Second Seminar on the Mechanics of Multifunctional Materials},
journal = {Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics},
year = {2014},
pages = {7--10}
}
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| Buckmann, K., Kiefer, B., Bartel, T. & Menzel, A. (2014), "Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques", Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. Vol. 14, pp. 559-560. |
BibTeX:
@article{Buckmann2014,
author = {K. Buckmann and B. Kiefer and T. Bartel and A. Menzel},
title = {Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques},
journal = {Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics},
year = {2014},
volume = {14},
pages = {559--560}
}
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| Kiefer, B., Buckmann, K., Bartel, T. & Menzel, A. (2014), "Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques", Proceedings of the ASME 2014 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (SMASIS). , pp. Paper 7436. |
BibTeX:
@article{Kiefer2014,
author = {Kiefer, B. and Buckmann, K. and Bartel, T. and Menzel, A.},
title = {Modeling of Single Crystal Magnetostriction Based on Numerical Energy Relaxation Techniques},
journal = {Proceedings of the ASME 2014 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (SMASIS)},
year = {2014},
pages = {Paper 7436},
note = {DOI:10.1115/SMASIS2014-7436 P7 and P6}
}
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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, pp. 559-560. |
BibTeX:
@article{Lab2014,
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},
pages = {559--560},
note = {P1 and P7}
}
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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{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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| Bartel, T., Buckmann, K., Kiefer, B. & Menzel, A. (2013), "An Advanced Energy Relaxation Scheme for the Modeling of Displacive Phase Transformations", Proceedings of the ASME 2013 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (SMASIS). , pp. Paper 3041. |
BibTeX:
@article{Bartel2013,
author = {Bartel, T. and Buckmann, K. and Kiefer, B. and Menzel, A.},
title = {An Advanced Energy Relaxation Scheme for the Modeling of Displacive Phase Transformations},
journal = {Proceedings of the ASME 2013 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (SMASIS)},
year = {2013},
pages = {Paper 3041},
note = {P7 and P6 doi:10.1115/SMASIS2013-3041}
}
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| Kiefer, B., Bartel, T. & Menzel, A. (2012), "Implementation of Numerical Integration Schemes for the Simulation of Magnetic SMA Constitutive Response". |
BibTeX:
@inproceedings{KieBarMen:2012:ion,
author = {Kiefer, B. and Bartel, T. and Menzel, A.},
title = {Implementation of Numerical Integration Schemes for the Simulation of Magnetic SMA Constitutive Response},
journal = {Smart Materials and Structure},
year = {2012}
}
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| Miehe, C., Kiefer, B. & Rosato, D. (2011), "An Incremental Variational Formulation of Dissipative Magnetostriction at the Macroscopic Continuum Level", International Journal of Solids and Structures. Vol. 48, pp. 1846-1866. |
BibTeX:
@article{Miehe2011,
author = {Miehe, C. and Kiefer, B. and Rosato, D.},
title = {An Incremental Variational Formulation of Dissipative Magnetostriction at the Macroscopic Continuum Level},
journal = {International Journal of Solids and Structures},
year = {2011},
volume = {48},
pages = {1846--1866}
}
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| Bartel, T. & Hackl, K. (2010), "Multiscale Modeling of Martensitic Phase Transformations: On the Numerical Determination of Heterogeneous Mesostructures Within Shape-Memory Alloys Induced by Precipitates", Technische Mechanik. Vol. 30, pp. 324-342. |
BibTeX:
@article{BarHac:2010:mmo,
author = {Bartel, T. and Hackl,K},
title = {Multiscale Modeling of Martensitic Phase Transformations: On the Numerical Determination of Heterogeneous Mesostructures Within Shape-Memory Alloys Induced by Precipitates},
journal = {Technische Mechanik},
year = {2010},
volume = {30},
pages = {324--342}
}
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| Bartel, T. & Hackl, K. (2009), "A Micromechanical Model for Martensitic Phase-Transformations in Shape-Memory Alloys Based on Energy-Relaxation", Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. Vol. 89, pp. 792-809. |
BibTeX:
@article{BarHac:2009:amm,
author = {Bartel, T. and Hackl, K.},
title = {A Micromechanical Model for Martensitic Phase-Transformations in Shape-Memory Alloys Based on Energy-Relaxation},
journal = {Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik},
year = {2009},
volume = {89},
pages = {792--809}
}
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| Kiefer, B. & Lagoudas, D. (2009), "Modeling the Coupled Strain and Magnetization Response of Magnetic Shape Memory Alloys under Magnetomechanical Loading", Journal of Intelligent Material Systems and Structures. Vol. 20, pp. 143-170. |
BibTeX:
@article{KieLag:2009:mtc,
author = {Kiefer, B. and Lagoudas, D.C.},
title = {Modeling the Coupled Strain and Magnetization Response of Magnetic Shape Memory Alloys under Magnetomechanical Loading},
journal = {Journal of Intelligent Material Systems and Structures},
year = {2009},
volume = {20},
pages = {143--170}
}
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Stand: 12.05.2015
Aktuelle Ergebnisse
Das zentrale Ziel der ersten Förderperiode war die Etablierung eines mikromechanisch motivierten Materialmodells für magnetische Funktionsmaterialien auf der Grundlage von Energiepotenzialen. Als Ausgangspunkt diente dabei die von DeSimone und James eingeführte constrained theory of magnetoelasticity, welche die klassische mikromagnetische Modellierung mit der Theorie energieminimierender Phasenmischungen nach Ball und James verbindet. Dieser Zugang hat den Vorteil wohlerforschter mathematischer Eigenschaften, erweist sich aber speziell bei der Anwendung auf die multiferroischen magnetischen Formgedächtnislegierungen als zu restriktiv, so dass wichtige Aspekte des Materialverhaltens nicht erfasst werden. Der gewählte erweiterte Modellierungsansatz berücksichtigt hingegen:
(i) elastische Deformationen auf Basis von Relaxierungskonzepten (Konvexifizierung, Laminatbildung), (ii) eine finite magnetokristalline Anisotropie und zusätzliche Rotationsfreiheitsgrade für lokale Magnetisierungsrichtungen sowie
(iii) hysteretische Effekte durch einen variationellen Ansatz für standarddissipative Materialien.
Durch den Vergleich mit experimentellen Daten wurde gezeigt, dass ursprünglich nicht erfassbare, konstitutive Effekte durch das erweiterte Modell abgebildet werden.
Jun. Prof. Björn Kiefer, Ph.D.
Institut für Mechanik
bjoern.kiefer@udo.edu
Tel.: +49 231 755-5729
Raum: 126
Dr.-Ing. Thorsten Bartel
Institut für Mechanik
thorsten.bartel@udo.edu
Tel.: +49 231 755-2668
Raum: 125
Dipl.-Ing. Karsten Buckmann
Institut für Mechanik
karsten.buckmann@tu-dortmund.de
Tel.: +49 231 755-5603