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Multiphysics Simulation of Additive Manufacturing-Induced Fracture Mechanics using Peridynamic Theory

Hesse, Jan-Timo und Willberg, Christian und Winkelmann, Felix und Hein, Robert (2025) Multiphysics Simulation of Additive Manufacturing-Induced Fracture Mechanics using Peridynamic Theory. 18th International Conference on Computational Plasticity, 2025-09-02 - 2025-09-05, Barcelona, Spain.

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Kurzfassung

Additive manufacturing (AM) has emerged as a promising technique for creating complex geometries and structures with unprecedented precision. However, the mechanical properties of AM parts can be highly sensitive to process parameters, such as temperature, printing speed, and geometry. In this study, we employ peridynamic theory to simulate the multiphysic behavior of fracture mechanics in AM-induced materials. Our simulation framework PeriLab combines the effects of thermal history, polymer curing, and an energy-dependent damage model of AM parts. We investigate the impact of different manufacturing conditions on the fracture mechanics of AM materials. Specifically, we simulate the curing process, including the rate of crystallization of the polymer, to quantify the effects of thermal history on material and mechanical properties. Our results show that changes in manufacturing process parameters lead to variations in fracture toughness, crack growth rates, and failure modes. We demonstrate that peridynamic theory provides a robust framework for simulating the complex interactions between material properties, loading conditions, and process-induced damage mechanisms. By capturing these effects, our simulation framework enables the prediction of AM-induced fracture behavior under a wide range of process conditions. Our findings have significant implications for the optimization of AM processes to achieve desired mechanical properties and reliability in various applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216563/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Multiphysics Simulation of Additive Manufacturing-Induced Fracture Mechanics using Peridynamic Theory
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hesse, Jan-TimoJan-Timo.Hesse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3006-1520NICHT SPEZIFIZIERT
Willberg, ChristianChristian.Willberg (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2433-9183NICHT SPEZIFIZIERT
Winkelmann, FelixFelix.Winkelmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, RobertRobert.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6258-3673NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 September 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Peridynamics, Additive manufacturing, Fracture, Polymer
Veranstaltungstitel:18th International Conference on Computational Plasticity
Veranstaltungsort:Barcelona, Spain
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:2 September 2025
Veranstaltungsende:5 September 2025
Veranstalter :CIMNE (Centre Internacional de Metodes Numerics en Enginyería)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Strukturmechanik
Hinterlegt von: Hesse, Jan-Timo
Hinterlegt am:29 Sep 2025 09:59
Letzte Änderung:29 Sep 2025 09:59

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