Am 21. Mai 2026 hat Dong Zhao seine Dissertation 👨🎓 mit dem Titel „Modeling of concrete failure by the phase-field approach – from brittle to ductile fracture“ erfolgreich verteidigt. Die Veranstaltung fand im Beyer-Bau der TU Dresden statt.
Abstract:
Diese Dissertation konzentriert sich auf den Phasenfeldansatz zur Modellierung des Griffith-Bruchs bei kleinen Verzerrungen und dessen Erweiterung zur Erfassung komplexerer Eigenschaften von Betonmaterialien, einschließlich Anisotropie, Quasiversprödung und Duktilität.
Der erste Schritt besteht darin, die Phasenfeldmethode im Rahmen des Representative Crack Element (RCE) sowohl aus analytischer als auch aus numerischer Perspektive zu untersuchen, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf die Rissantriebskraft und das Verhalten nach dem Bruch gelegt wird. Für die numerische Untersuchung werden die zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen in einer standardmäßigen Galerkin-basierten Finite-Elemente-Methode gelöst.
Anschließend wird die Anisotropie innerhalb des RCE-Phasenfeldmodells untersucht, wobei der Fokus auf den modusspezifischen Brucheigenschaften liegt. Dabei werden modusspezifische Rissantriebskräfte und Bruchwiderstände für den Modus-I- und Modus-II-Bruch berücksichtigt, wodurch die numerische Simulation komplexer Versagensmuster ermöglicht wird, die typischerweise in Beton- und gesteinsähnlichen Materialien auftreten.
Um das für Betonversagen charakteristische Entfestigungsverhalten nach dem Erreichen der Spitzenfestigkeit zu berücksichtigen, wird eine quasi-spröde Bruchformulierung durch die Integration eines kohäsiven Versagensmechanismus in das RCE-Phasenfeldmodell entwickelt. Diese Formulierung ermöglicht die Modellierung allmählicher Versagensphänomene.
Darüber hinaus wird ein duktiles RCE-Phasenfeldbruchmodell formuliert, das eine Drucker-Prager-Plastizität und deren Kopplung mit der Entwicklung des Bruchwiderstands berücksichtigt. Durch eine gradientenerweiterte mikromorphe Plastizitätsformulierung wird eine numerisch stabile, robuste und physikalisch konsistente Modellierung erreicht, wodurch das Modell besonders gut für die Simulation des Versagens von faserverstärktem Beton geeignet ist.
Alle vier oben genannten Teilaspekte werden systematisch hergeleitet und anhand analytischer Lösungen und/oder experimenteller Beobachtungen validiert. Insgesamt bietet diese Arbeit eine konsistente Methodik zur Beschreibung mehrerer wichtiger Merkmale des Betonversagens und liefert potenziell neue Einblicke in die Versagensmechanismen von Betonmaterialien.
Lieber Dong, wir wünschen an dir an dieser Stelle viel Erfolg für die weitere wissenschaftliche Karriere und alles Gute für deine Zukunft! 👍🥳