Kontinuumsmechanische und diskrete Modellierung von Geomaterialien mit Kohäsion

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Das Vorhaben befaßt sich mit der Modellierung von stark kohäsiven Materialien, insbesondere von Beton. Dem Thema der Forschergruppe entsprechend werden zwei verschiedene Materialmodelle eingesetzt, ein Diskontinuumsmodell auf der Basis der Diskrete-Element-Methode (DEM) und ein Kontinuumsmodell, das auf dem Microplane-Konzept aufbaut. Im DEM-Modell wird das Materialverhalten durch endliche Teilchen beschrieben, die über nichtlineare Kontaktgesetze miteinander in Verbindung stehen und durch ein Balkennetz zur Erfassung der Kohäsion ergänzt werden. Form und Größe der Teilchen sowie die Interaktionsgesetze sollen in einer zufallsverteilten Form einfließen. Ausgehend von den Ergebnissen der ersten Förderungsperiode ist eine Erweiterung und ein besseres Verständnis der Partikelinteraktion (z.B. Feder- und Kontaktgesetze), eine Erweiterung des Partikelmodells auf disperse Verteilungen wie auch die Einführung eines Bruchkriteriums für die Partikel geplant. Das Ziel ist eine möglichst realistische und quantifizierbare Wiedergabe des Materialverhaltens bis zum Versagen. Ein Vergleich mit anderen diskontinuierlichen und kontinuierlichen Modellen soll im Rahmen einer teilprojektübergreifenden Studie am Benchmark "Biaxialtest" durchgeführt werden. Weiterhin werden von der Modellierung als Diskontinuum Aufschlüsse über die bekannten Probleme der kontinuumsmechanischen Formulierung (Entfestigung mit Verlust an Elliptizität, Lokalisierung mit Breitenbegrenzung, Maßstabseffekt usw.) erwartet. Aus der Gruppe der Kontinuumsmodelle wird in diesem Teilprojekt der Microplane-Ansatz verwendet, der einerseits das anisotrope Schädigungsverhalten auf natürliche Weise über einaxiale Stoffgesetze beschreibt und andererseits eine methodische Verwandtschaft zum Partikelmodell aufweist. Nach einer Eichung der Materialparameter des Microplane-Modells am Benchmark "Biaxialtest" soll die Eignung des Modells zur Beschreibung makroskopischer Strukturen an ausgewählten Randwertproblemen, z.B. dem Böschungsbruch, überprüft werden. Zwischen beiden Modellen konnte bereits für Sonderfälle eine bemerkenswerte methodische Ähnlichkeit formuliert werden, die einen Übergang aus der Mikro- zur Makroskala erlaubt. Dieser Zusammenhang soll auch für komplexere Fälle weiter ausgebaut werden. So wird beispielsweise erwartet, daß die Evaluierung der in diskreten Partikelmodellen intrinsisch enthaltenen Längenskala zu einer Determinierung der in erweiterten Kontinuumsansätzen eingeführten internen Länge führt. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt bei der Erweiterung, Modifikation und Anwendung des Partikelmodells und dem Aufzeigen der Zusammenhänge mit dem Microplane-Modell. Die Arbeiten setzen eine intensive Kooperation mit den anderen drei Arbeitsgruppen voraus.