Finite-Elemente-Modellierung elektromechanischer Felder für spezielle Riss- und Sensoranordnungen

Gegenwärtig sind in den piezoelektrischen Materialgesetzen der FEM-Programme ANSYS und ABAQUS weder die in ferroelektrischen Materialien vorhandenen remanenten Polarisationen noch die in pyroelektrischen Sensormaterialien vorhandene thermo-elektrische Feldkopplung (pyroelektrischer Effekt) implementiert. In dieser Arbeit wird eine Methode gezeigt, wie die Gradienten dieser fehlenden Größen durch elektrische Volumenlasten berücksichtigt werden können. Im Ergebnis der Auswertung von Bruchversuchen an ferroelektrischen 4-Punkt-Biegeproben wird ein elektromechanisches Bruchkriterium formuliert. Ein inkrementeller, nichtlinearer Algorithmus ermöglicht die Berechnung der inhomogenen Verteilung der remanenten Polarisationsvektoren in der Umgebung der Rissspitze. Mit der entwickelten Methode wird weiterhin die Wirkung der thermo-elektromechanischen Feldkopplung auf das Auflösungsvermögen eines Zeilensensors mit unterschiedlichen Randbedingungen berechnet.