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Dennis Wingender

• Surface spalling is primarily governed by subcritical crack propagation at the microscale under cyclic loading. Therefore, the objective of this work is to develop a computationally efficient method to simulate crack propagation on the microscale in order to study this wear mechanism and to improve the microstructure regarding surface spalling. To this end, the existing eigenerosion method is extended to crack propagation through metallic materials. Since the morphology of the material is given as voxel data resulting from a \(\mu\)CT scan, the Finite Cell Method, which is particularly suitable for this type of data, is also applied. The plausibility is demonstrated based on simulations including voxel based as well as artificial microstructures. Additionally, new knowledge about the crack propagation on the microscale and the influence of the microstructure morphology was gained. Hence, it is shown that the developed simulation method serves its purpose.
• Die Oberflächenzerrüttung besteht primär aus unterkritischer Rissausbreitung auf der Mikroskale unter zyklischer Belastung. Daher ist Ziel dieser Arbeit, eine rechentechnisch effiziente Methode zur Simulation von Rissausbreitung auf der Mikroskale zu entwickeln, um diese Verschleißart zu untersuchen und die Mikrostruktur ihr gegenüber zu verbessern. Dazu wird die bestehende Eigenerosionsmethode auf Rissausbreitung durch metallische Materialien erweitert. Da die Morphologie des Werkstoffs als Voxeldaten gegeben ist, die aus einem Mikro-CT-Scan resultieren, wird zusätzlich die Finite Zellmethode angewandt, die für diese Art Daten besonders geeignet ist. Anhand von verschiedenen Beispielrechnungen an realen Voxeldaten und künstlich konstruierten Mikrostrukturen wird die Plausibilität des Frameworks durch Vergleich mit Experimenten demonstriert und neue Erkenntnisse zur Oberflächenzerrüttung gewonnen. Dadurch ist gezeigt, dass die entwickelte Simulationsmethode ihren Zweck erfüllt.