Partikelmodelle

Schädigungssimulation in heterogenen Werkstoffen

Abb. 1 Mesoskalenmodell Kalksandstein - Partikelverteilung in einem Würfel mit Kantenlänge 12cm (80000).

Abb. 2 Mesoskalenmodell Kalksandstein - Einachsialer Druckversuch: makroskopische Spannungs-Dehnungs-Linien.

Abb. 3 Mesoskalenmodell Kalksandstein - Einachsialer Druckversuch: Partikelverschiebungen (Endzustand).

Abb. 4 Mesoskalenmodell Kalksandstein – Einachsialer Druckversuch: Schädigung (Endzustand).

Abb. 5 Bohrsimulation - schematische Darstellung des numerischen Modells.

Abb. 6 Bohrsimulation - Approximation der Geometrie des Spiralbohrers durch Dreiecksflächen.

Abb. 7 Bohrsimulation – Partikelverschiebungen nach 1 s Bohrzeit.

Abb. 8 Bohrsimulation – Schädigung nach 1 s Bohrzeit.

Abb. 9 Simulation Kantenbruch - Meißelformen: abgerundeter Flachmeißel, Flachmeißel, Spitzmeißel.

Abb. 10 Simulation Kantenbruch - Partikelverschiebungen (t=12 ms).

Abb. 11 Simulation Kantenbruch - dreidimensionale Schädigungsverteilung (t=12 ms).

Abb. 12 Simulation Kantenbruch - Schädigungsverteilung (t=12 ms, Schnitt entlang der Meißelachse).

Autoren

Stefan Eckardt
Dr.-Ing. Bauwesen; Jg. 1978; 2002-2009 wissenschaftlicher Mitarbeiter Bauhaus-Universität Weimar, Institut für Strukturmechanik; 2009 Promotion (Bauhaus-Universität Weimar, Institut für Strukturmechanik: “Adaptive heterogeneous multiscale models for the nonlineaer simulation of concrete”); seit 2010 wissenschaftlicher
Mitarbeiter, Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau
Weimar e.V.
s.eckardt@iff-weimar.de

Dr. Ing. Hubert Wächter
Jg. 1954; 1975 - 1980 Studium an der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar, Sektion Baustoffverfahrenstechnik; 1987 Promotion; 1986 - 1989 Mitarbeiter der Abteilung „Forschung und Entwicklung“ des VEB Betonkombinat Magdeburg; 1990 - 1992 Dyckerhoff & Widmann AG, Düsseldorf
Technisches Büro, Abteilung Bauwerkserhaltung und Qualitätssicherung; 1992 - 2008 Geschäftsführer der „E. Wächter GmbH“, Bauunternehmen; seit Mitarbeiter des IFF Weimar e.V.; seit 2009 Leiter des Forschungsbereichs „Fertigteiltechnik“ des IFF Weimar e.V.

 Das nichtlineare Materialverhalten heterogener Werkstoffe, wie Beton oder Kalksandstein, wird wesentlich durch die Entstehung von Mikrorissen innerhalb der Materialstruktur gekennzeichnet. Demzufolge weisen diese Materialien einen mehrskaligen Charakter auf – das Verhalten eines Bauteils wird durch Vorgänge innerhalb der Materialstruktur bestimmt. In numerischen Simulationen kann deshalb das Materialverhalten auf unterschiedlichen Längenskalen betrachtet werden.

Auf der Makroskala wird die charakteristische Dimension des Modells durch die wesentlichen Bauteilabmessungen definiert. Da diese in der Regel im Vergleich zu den Abmessungen der einzelnen Materialbestandteile wesentlich größer sind, wird in Modellen der Makroskale die Heterogenität des Materials meist vernachlässigt und der Werkstoff als homogen und isotrop angenommen. Die zugehörigen Materialeigenschaften werden dabei durch effektive Parameter charakterisiert. Nichtlineares Materialverhalten wird in diesen Modellen meist durch komplexe nichtlineare Materialgesetze, welche die Entwicklung...

Schädigungssimulation in heterogenen Werkstoffen

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Von der Simulation zur Praxis

BFT 01/2011