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Peridynamic Modeling of Process-Dependent Material Strength in Additive Manufacturing

Willberg, Christian und Hesse, Jan-Timo (2026) Peridynamic Modeling of Process-Dependent Material Strength in Additive Manufacturing. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics. Wiley. doi: 10.1002/pamm.70243. ISSN 1617-7061.

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7MB

Kurzfassung

Additive Manufacturing (AM) processes create complex, process-dependent material properties during printing that cannot be measured in advance and are governed by parameters such as tool path, temperature history, and cooling conditions. A Peridynamics (PD) correspondence framework is presented for simulating the entire AM process chain - printing, cooling, and mechanical loading - to predict the resulting material strength. Polymer crystallization of Polyether Ether Ketone (PEEK) captured via a dual-kinetic model is implemented as a subroutine compatible with the Abaqus HETVAL interface; the resulting crystallinity governs the local nodal stiffness. Thermo-mechanical coupling with convective heat transfer is handled within the PD correspondence formulation. A matrix-based quasi-static solver is coupled with an explicit Velocity-Verlet integrator for the fracture phase to eliminate the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) bottleneck of purely dynamic integration. The framework is validated on PEEK dogbone specimens (ASTM D638) for four environment temperatures, demonstrating qualitatively correct crack initiation and propagation and a speedup exceeding two orders of magnitude over a fully dynamic reference computation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227009/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Peridynamic Modeling of Process-Dependent Material Strength in Additive Manufacturing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Willberg, ChristianChristian.Willberg (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2433-9183228420801
Hesse, Jan-TimoJan-Timo.Hesse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3006-1520228420802
Datum:2026
Erschienen in:Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1002/pamm.70243
Verlag:Wiley
ISSN:1617-7061
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Peridynamics, Additive Manufacturing, Numerics
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie, L - Digitale Technologien
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Strukturmechanik
Hinterlegt von: Willberg, Dr.-Ing. Christian
Hinterlegt am:01 Okt 2026 14:27
Letzte Änderung:01 Okt 2026 14:27

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