Fracture of storage particles is considered to be one of the major reasons for capacity fade and increasing power loss in Li-ion batteries. In this work, we tackle the problem by merging a coupled model of mechanical stress and diffusion of Li-ions with a phase field description of an evolving crack. The novel approach allows us to study the evolution of the Li concentration together with the initiation and growth of a crack in an arbitrary geometry and without presuming a specific crack path.

In dieser Arbeit wird die Bruchzähigkeit mit Hilfe einer Methode basierend auf Versuchen an kleinen Proben vorhergesagt. Hierfür wird der Bruchprozess inklusive des Risswachstums mit Hilfe der FEM und dem Kohäsivzonenmodell beschrieben. Die Versuche an kleinen Proben dienen zur Parameterbestimmung. Danach kann mit diesem Kohäsivzonenparametersatz eine große Probe simuliert werden. Die an dieser Probe vorhergesagte Bruchzähigkeit erfüllt die Größenbedingungen der entsprechenden Norm. In this work, the fracture toughness is predicted by means of a method based on tests using sub-size specimens. For this purpose, the fracture process including crack growth is described using FEM and cohesive zone model. The tests on sub-size specimens are used for parameter identification. With this set of parameters a standard-size specimen can be simulated. The predicted fracture toughness based on this standard-size specimen meets the size-requirements of the applicable standandard.

Der in dieser Arbeit untersuchte Ansatz ist die Duktilisierung von Wolfram durch Synthese eines Wolframlaminats. Da Wolframfolie duktil ist und sich selbst bei Raumtemperatur plastisch verformen lässt, könnte es durch Übereinanderschichten und geeignetes Verbinden mehrerer Folienlagen gelingen, die duktilen Eigenschaften der Wolframfolie auf ein Massivbauteil zu übertragen.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verformungs- und Bruchverhalten von einkristallinem Wolfram auf der mikroskopischen Ebene mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) zu beschreiben. Hierbei stehen der Einfluss der Kristallorientierung sowie die Rissinitiierung und die Rissausbreitung im Vordergrund. Die FEM ermöglicht mittels einem gewählten Rissfortschrittsmodell einen besseren Einblick in den bruchmechanischen Prozess und unterstützte dabei die experimentellen Untersuchungen. The aim of the present work is to describe the deformation and fracture behavior of single crystal tungsten at the microscopic scale by using the finite element method. Therefore, the studies focus mainly on the influence of crystal orientation as well as the investigation of crack initiation and crack propagation. With a defined crack propagation model, the simulations of microbending allows for evaluating the details of the fracture process more accurately and supported the experimental studies.

In dieser Arbeit wird das Verhalten zweier Nickelbasislegierungen unter thermisch-mechanischer Ermüdungsbeanspruchung bei verschiedenen Phasenlagen zwischen mechanischer Dehnung und Temperatur untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung der Mikrostrukturen sowie der Schädigungsmechanismen in Abhängigkeit der Phasenlage. Aufbauend auf den Erkenntnissen wird ein Modell für die Lebensdauerbeschreibung vorgeschlagen.

In this work, different nanocrystalline metals and alloys were investigated by a synchrotron-based in situ XRD mechanical testing technique in order to investigate the dominant deformation mechanisms. All tested samples show a succession and coexistence of several mechanisms, regardless of grain size, loading condition, or sample geometry. However, the relative shares of the individual mechanisms strongly vary and depend on parameters such as grain size, sample purity, and alloy composition.