Effects of Defects

Ausgangspunkt ist eine experimentelle Analyse der Fehler in bereits vorhandenen Materialien. Dazu werden für die jeweilige Fragestellung geeignete bildgebende Verfahren eingesetzt. Fehler im Volumen werden meistens mit Computertomografie detektiert. Aber auch andere zerstörungsfreie Messverfahren wie Ultraschallprüfung, Wärmewellen- oder Terahertzwellenanalyse können eingesetzt werden. Sehr kleine Volumenfehler werden im Rasterelektronenmikroskop analysiert, wofür Bruchflächen oder Zielpräparationsmethoden genutzt werden. Oberflächenfehler werden je nach benötigter Auflösung mit Spezialmikroskopen (Laserscan-, konfokales - oder Rasterkraftmikroskop) oder ebenfalls mit Computertomografie erfasst.

Die Bilddaten werden anschließend mit In-house-Programmen weiterverarbeitet. Bei komplexen Gefügen erfolgt zunächst eine Fehlertypisierung. Diese basiert auf maschinellem Lernen. Die identifizierten Fehler werden dann in Finite-Elemente (FE)-Modelle übertragen und dort ein- oder mehrachsigen Belastungen ausgesetzt. Die FE-Modelle enthalten die relevanten Materialdaten, die durch Messungen ermittelt und mit Hilfe von Mikrostruktur-Eigenschaftssimulation berechnet oder Materialdatenbanken entnommen werden. Die durch die Fehler verursachte Spannungskonzentration wird an zahlreichen Fehlern eines Fehlertyps erfasst.

Anschließend werden die Bauteile in weiteren FE-Simulationen den im Einsatz erwarteten Belastungen ausgesetzt. Die im vorherigen Schritt berechneten Spannungskonzentrationen werden in einem probabilistischen Verfahren mit der berechneten Wahrscheinlichkeit in die Bauteilmodelle eingefügt, sodass deren Auswirkungen auf die Versagenswahrscheinlichkeit unter Last ermittelt werden können. Eine Kalibrierung bzw. Validierung der Modelle erfolgt durch Messungen der Bruchfestigkeit und deren Verteilung an Standardproben.