Numerische Simulation und energetische Charakterisierung von Betonstrukturen unter Impakt mit diskreter Rissbildung

离散裂纹冲击下混凝土结构的数值模拟和能量表征

基本信息

批准号：
219751561
负责人：
Professor Dr.-Ing. Michael Kaliske
金额：
--
依托单位：
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2013
资助国家：
德国
起止时间：
2012-12-31 至 2020-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/219751561?language=en
关键词：
Numerische Simulation und energetische Charakterisierung

项目摘要

Die numerische Analyse von Stahlbetonstrukturen unter Impaktlasten erfordert die Anwendung hoch entwickelter Modelle zur Beschreibung der Einwirkung und des Materialverhaltens sowie leistungsfähige Methoden zur Berechnung der Strukturantwort. Im hochdynamischen Lastfall Impakt dominieren die Ausbreitung der Last als Spannungswelle und das ratenabhängige Materialverhalten die Ausbildung maximaler lokaler Beanspruchungen und typischer Rissmuster. Zusätzlich muss der Verbund von Beton und Bewehrung sowie dessen Einfluss auf die transiente Lastausbreitung erfasst werden. Im Antrag wird ein Simulationsmodell entwickelt, das die relevanten Aspekte der Impaktbelastung von Stahlbeton durch die Weiterentwicklung und Kombination von Modellen zur numerischen Approximation des Anpralls, des Materialverhaltens sowie der Rissentwicklung abbilden kann. Die Auswertung ausgewählter Begleitversuche der Kooperationspartner bildet die Grundlage der Weiterentwicklung und Validierung einzelner Modellierungsaspekte. Das kombinierte Modell wird anschließend für die Simulation des Aufpralls eines stählernen Impaktors auf eine Stahlbetonplatte eingesetzt. Ziel ist die Prognose der lokalen Schädigungen sowie der an den Auflagern in angrenzende Bauteile übertragenen Belastungen. Das für die Beschreibung des Materialverhaltens von Beton verwendete Mikroebenenmodell wurde in der ersten Förderperiode bereits um nichtlokal formulierte Schädigung und Plastizität erweitert. Die geplante Umsetzung nichtlokaler Ratenabhängigkeit sowie Erweiterungen für die Abbildung von Schockwellen vervollständigen das Materialmodell. Für die Rissapproximation wurden ein diskretes Modell mit materiellen Kräften sowie ein verschmiertes Phasenfeldmodell entwickelt. Während im diskreten Modell bereits Risswiderstände in Abhängigkeit der Rissgeschwindigkeit umgesetzt wurden, bietet das Phasenfeldmodell Vorteile bei der Erfassung von dreidimensionalen Rissen. Im diskreten Modell sollen verbesserte adaptive Vernetzungsalgorithmen umgesetzt werden. Das verschmierte Modell soll hinsichtlich der realistischen Behandlung von Rissrandbedingungen erweitert werden. Zusätzlich wird die Abbildung der Rissverzweigung in beiden Modellen weiterentwickelt und durch ein geeignetes Experiment validiert. Ein wichtiger Bestandteil des Simulationsmodells ist die realitätsnahe Erfassung der Bewehrung mit und ohne Vorspannung. Drei Ansätze sollen hinsichtlich ihrer Eignung untersucht und mit der Kombination aus Riss- und Materialmodell gekoppelt werden. Nach Abschluss der Entwicklung, Implementation und Validierung wird das Modell zur Prognose der lokalen und globalen Schädigungen von Strukturen unter Impaktlasten eingesetzt. Sowohl die Impaktresistenz bestehender Strukturen als auch deren Resttragfähigkeit nach einem Impakt stehen im Fokus der Untersuchungen. Aufbauend auf dieser Analyse wird die Entwicklung von Verstärkungsmaßnahmen für bestehende Strukturen und die Konstruktion impaktresistenter Neubauten unterstützt.

Im hochdynamische Lastfall Impakt dominieren die Ausbretung der Last fall Materialverhalten die Ausbretung der Last fall Materialverhalten die Ausbretung der Last fall Materialverhalten die Ausbretung der Last als Pannungswelle und das Ratenabhängige Materialverhalten die Ausbretung maximaler lokaler The Beanspruchungen und typischer Rissmuster。 Beanspruchungen和Bewehrung取得了巨大的成功。 Im an Antragic wilderness, Im awakened to the Simulationsmodell entwickelt, Im awakened to the Stahlbeton durch die Weiterantwicklung und Kombination von Modellens zur numerischen Approximate des Anprahls, Materialverhaltens The Begleitversuche der Kooperationpartner Bildet Die Grundlage der Weiterentwicklung Modelling Saspekte. Das kbombinierte建模鸟类anschließendFür模拟des aufplalls emines impaktors auf eine stahlbetonplatte eingestztzt。 Ziel Ist Die Pregnose der LokalenSchädigunggenSowie der Angrenzende bauteileübertragenenbelastungen den auflagern。 DasfürDie beschreibung des portialverhaltens von von von von von von von von von berebenenmodell wurde in d e erstenförderderperiodebereits um nichtlokal formulileteschädigungschädigungundplastizitäterweitert。 Die Geplante Umsetzung NichtlokalerRatenabhängigkeitSowieErweiterungenfürDie Abbildung von SchockwellenVervollständigendas MiteralModell。 fürdie rissapproximation wurden该模型是生活在世界上的好方法。该模型是生活在世界的好方法。该模型是生活在世界的好方法。该模型是生活在世界的好方法。该模型是生活在世界的好方法。该模型是生活在世界的好方法。 Hinsichtlich der Realistischen behandlung von rissrandbedingungen erweitert Werden。 ZusätzlichWird Die Abbildung der Rissverzweigung在Beiden Modellen Weiterentwickelt和Durch ein geeignetes实验验证中。 EIN WICHTIGER BESTANDTEIL des SimulationSmodells ist dierealitätsnaheerfassung der bewehrung mit mit und ohne ohne vorspannung。 DreiAnsätzesollen hinsichtlich ihrer eignung untersucht unterucht和mit der kombination aus最好的材料建模是可爱的。现在可以在Validianung中获得实施，现在可以在Validianung以及全球化中获得实施。 Impaktlaster是贝斯汉德斯（Impaktlaster），而impaktlaster是贝斯特（Impaktlaster），而impaktlaster则是可爱的。 Impaktresistenz Bestehender，目的是限制新的Impaktreem Impaktstehen im fokus der Untersuchungen。 Impaktresistenz被分析的野生模具装饰，世界上最好的是Konstruktion和Impaktresistenter。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Modelling of nonlinear concrete behaviour – microplane and phase-field approaches

非线性混凝土行为建模——微平面和相场方法

DOI：
10.1201/9780429426506-41
发表时间：
2019
期刊：
Advances in Engineering Materials, Structures and Systems: Innovations, Mechanics and Applications
影响因子：
0
作者：
Steinke;Kaliske
通讯作者：
Kaliske

Modelling of Ductile Fracture of Strain-hardening Cement-based Composites - Novel Approaches Based on Microplane and Phase-field Method

应变硬化水泥基复合材料的延性断裂建模 - 基于微平面和相场方法的新方法

DOI：
10.1007/978-3-030-34851-9_10
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Steinke C;Zreid I;Kaliske M.
通讯作者：
Kaliske M.

A phase-field crack model based on directional stress decomposition

DOI：
10.1007/s00466-018-1635-0
发表时间：
2018-09
期刊：
Computational Mechanics
影响因子：
4.1
作者：
C. Steinke;M. Kaliske
通讯作者：
C. Steinke;M. Kaliske

Zur Fortentwicklung des Microplane‐Modells für die numerische Analyse von Betonstrukturen

进一步开发用于混凝土结构数值分析的微平面模型

DOI：
10.1002/bate.201800099
发表时间：
2019
期刊：
Bautechnik
影响因子：
0.7
作者：
Steinke;Kaliske
通讯作者：
Kaliske

Impaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite: Bauteilebene

通过矿物结合复合材料影响建筑结构的安全性：组件级别

DOI：
10.1002/best.202000067
发表时间：
2021
期刊：
Beton‐ und Stahlbetonbau
影响因子：
0
作者：
Hering;Scheerer;Curbach;Sennewald;Cherif;Liebold;Qinami;Steinke;Kaliske;Curosu;Mechtcherine
通讯作者：
Mechtcherine