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Raphael-Alexander Prohl

• Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Behandlung elasto-plastischer Materialmodelle unter großen Deformationen. Elasto-plastisches Materialverhalten zeichnet sich dadurch aus, dass neben den reversiblen (elastischen) Deformationen auch irreversible (plastische) Deformationen betrachtet werden, die einem Evolutionsgesetz folgen. Ein numerischer Algorithmus der Elasto-Plastizität muss daher dieses plastische Evolutionsgesetz zusammen mit den klassischen Erhaltungsgleichungen der Kontinuumsmechanik lösen und geeignet behandeln. Der prominenteste Vertreter eines elasto-plastischen Algorithmus' ist der sogenannte Return-Mapping-Algorithmus (RMA). Neben seiner Funktionalität werden allerdings auch die einschränkenden Modellannahmen beleuchtet, auf denen der RMA gründet. Diese beschränkte Anwendungsmöglichkeit motiviert die Entwicklung eines neuen Plastizitätsalgorithmus'. Der in dieser Arbeit entwickelte Verallgemeinerte Plastizitätsalgorithmus (GPA: Generalised Plasticity Algorithm) führt eine zusätzliche Linearisierung bezüglich der plastischen Variable ein, in der das plastische Evolutionsgesetz formuliert ist. In der vorliegenden Arbeit ist diese Variable durch den plastischen Deformationstensor gegeben, der die Inverse des plastischen rechten Cauchy-Greenschen Deformationstensors beschreibt. Somit erlaubt der GPA eine Behandlung von allgemeineren und komplexeren elasto-plastischen Modellen als der RMA. Anhand von bekannten Benchmark-Problemen werden die beiden Algorithmen in dieser Arbeit validiert und verglichen. Ein numerischer Test zur Poroplastizität unter großen Deformationen dient schließlich als Beleg dafür, dass der GPA auf Modelle anwendbar ist, die durch komplexes elasto-plastisches Materialverhalten charakterisiert sind und für die der RMA in seiner klassischen Form nicht als Lösungsstrategie gewählt werden kann. Neben der Entwicklung des Verallgemeinerten Plastizitätsalgorithmus' hat diese Arbeit das Ziel industrielle Anwendungen effizient zu lösen. Dazu wird für ein Problem der linearen Elastizität der effiziente Einsatz des Mehrgitterlösers bis zu einer viertel Million Prozessoren gezeigt und es werden elasto-plastische Rechnungen für zwei industrielle Beispiele mit einer anspruchsvollen Geometrie durchgeführt.