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 hochdynamischen Lastfall Impakt dominieren die Ausbreitung最后作为 Spannungswelle 和 dasratenabhängige Materialverhalten die Ausbildung maximaler lokaler Beanspruchungen 和 typescher Rissmuster。模拟模型，是与数值近似的模型组合有关的影响力的要求，以及与此相关的材料的变化。合作伙伴建立了Weiterentwicklung 和Validierung einzelner Modellierungsaspekte 的基础。 an den Auflagern in angrenzende Bautile übertragenen Belastungen。 Nichtlokaler Ratenabhängigkeit sowie Erweiterungen für die Abbildung von Schockwellen vervollständigen das Materialmodell。 Risswiderstände 在 Abhängigkeit der Rissgeschwindigkeit umgesetzt wurden，bietet das Phasenfeldmodell Vorteile bei der derfassung von dreiDimensionen Rissen。现实主义的概念是现实主义的。 der Bewehrung mit ohne Vorspannung。 Schädigungen von Strukturen unter Impaktlasten eingesetzt。为了最好的结构和结构对 Neubauten unterstützt 的影响。