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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.

Stahlbetonstrukturen的数值分析，以影响Anwendung hoch entwickelter Model zur Beschreibung der Einwirkung und des Materialverhaltens sowie leistungsfähige Methoden zur Berechnung der Strukturantwort。在最后一年的最后一年里，经济增长和材料价格的变化对最大限度地提高经济增长和典型的风险管理产生了巨大的影响。因此，Beton和Bewehrung的联合会必须对短暂的持久性韦尔登产生影响。在Antrag中，将建立一个模拟模型，通过对模型的加权和组合来实现对Stahlbeton的影响的相关方面，以数值近似的方式，使材料的强度可以提高。合作伙伴的支持也是一个巨大的挑战，它将为Weiterentwicklung和Validierung的建模提供基础。该组合模型将用于模拟Stahlbetonplatte eingesetzt上的Stählernen Impaktors。Ziel is die Prognose der lokalen Schädigungen sowie der an den Auflagern in angrenzenbauteile übertragenen Belastungen. Das für die Beschreibung des Materialverhaltens von Beton verwendete Mikroebenenenmodell 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.对于Rissapproximation，需要一个带有材料Kräften的圆盘模型，因此需要一个不同的相位模型。在三维Rissgeschwindigkeit umgesetzt wurden中，在三维Rissen的Erfassung的Vorteile相位模型中，In diskreten Modell sollen verbesserte adaptive Vernetzungsaltain umgesetzt韦尔登.这种变化模式是对韦尔登的现实主义的处理。Zusätzlich wird the Abbildung der Rissverzweigung in beiden Modellen weiterentwickelt and durch an geeignets Experiment validiert.一个最好的模拟模型是真实的模拟结果。这三个应用程序都是通过将材料模型和材料模型结合在一起进行韦尔登来实现的。在开发、实施和验证的基础上，我们将建立一个用于预测局部和全球结构变化的模型，以改善结构。因此，结构的抗冲击性也会在下一个焦点的抗冲击性中得到更好的恢复。本文通过对结构优化和结构不稳定性的新结构的分析，探讨了结构优化和结构不稳定性的机理。