Wenn in Materialien von Gebäuden, Fahrzeugen oder Geräten Risse entstehen, kann das gravierende Folgen haben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt gehen darum der Frage nach, wann und wie genau es zu Schäden kommt, wie sie sich ausbreiten und wie man sie verhindern kann. Über 200 führende internationale Expertinnen und Experten aus 31 Nationen treffen sich vom 12. bis 14. Juni zur CFRAC 2019, der Tagung zur numerischen Modellierung der Bruchmechanik in Braunschweig.

Die Experimente und Beobachtungen, die schon kleine Kinder faszinieren, haben diese Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Beruf gemacht: Was geschieht, wenn man Dinge belastet, bis sie kaputt gehen? Dabei ergeben sich für das uralte Forschungsgebiet der Bruchmechanik mit der Weiterentwicklung von Materialien und Anwendungen immer neue Fragen. Auch sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht mehr nur auf Versuche angewiesen. Sie arbeiten mit neuesten computergestützten Methoden, um Materialversagen simulieren und genau berechnen zu können. Auf diese Weise können sie auch die Entwicklung und Verbesserung neuer Produkte beschleunigen.

Hightech-Werkstoffe für die nachhaltige Luftfahrt
„Einer unserer Anwendungsbereiche ist der Flugzeugbau“, sagt Professorin Laura De Lorenzis. Die Leiterin des Instituts für Angewandte Mechanik der Technischen Universität Braunschweig ist Gastgeberin und Organisatorin der Tagung. „Im Exzellenzcluster SE2A (Sustainable and Energy Efficient Aviation) der TU Braunschweig erforschen wir unter anderem die neuen Hightech-Werkstoffe, die nachhaltige und energieeffiziente Luftfahrtsysteme erst ermöglichen. Dabei müssen wir auf höhere Anforderungen an die Sicherheit, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit, an niedrige Kosten und niedrigen Energieverbrauch reagieren“, erklärt sie. Auch im DFG Graduiertenkolleg 2075 „Modelle für die Beschreibung der Zustandsänderung bei Alterung von Baustoffen und Tragwerken“ spielt die Bruchmechanik eine wichtige Rolle. Denn über Risse in Bauteilen können Substanzen eindringen, welche die Alterung der Bauteile beschleunigen.

Das gilt auch für viele weitere Bereiche. Doch auf viele der neuen Materialien und Anwendungen können traditionelle Konstruktionsregeln und herkömmliche Prüfmethoden nicht mehr angewendet werden. Schon im Designprozess muss die Forschung daher neue Berechnungsmethoden entwickeln.

Bruchmechanik als Wettbewerb
Die Art der Beschädigung, Zerstörung und Ermüdung von Materialien sehen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Konferenz auch als eine willkommene intellektuelle Herausforderung: Jedes Jahr schreiben die Sandia National Laboratories in den USA einen Wettbewerb mit einer kniffligen Aufgabe zur Bruchmechanik, die Sandia Fracture Challenge, aus. An der Lösung versuchen sich dann Teams rund um den Globus. „Wir haben auch Kolleginnen und Kollegen vom Sandia Lab nach Braunschweig geholt“, sagt Professorin De Lorenzis. „Auf deren Berichte sind wir besonders gespannt.“

Die Konferenz zählt zu den thematischen Konferenzen der Europäischen Gemeinschaft zu Computermethoden in den angewandten Wissenschaften (ECCOMAS) und wird auch von anderen wissenschaftlichen Organisationen in Europa und weltweit unterstützt. Teilnehmerinnen und Teilnehmer kommen aus 21 europäischen Ländern und aus Australien, Brasilien, China, dem Iran, Israel, Japan, Kanada, Kolumbien, Süd Korea und den USA.