Numerische Analyse zum dynamischen Verhalten von Beton im Spallationsversuch (D919)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D919
- Bearbeiter: Evmorfia Panteki
- Verantwortl. Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe
- Betreuer: Tino Kühn
- Tag der Verteidigung: 19/09/2014
Zusammenfassung
Die Diplomarbeit widmet sich der Fragestellung, bis zu welchem Grad materielle bzw. strukturelle Eigenschaften von Betonproben unter (hoch-) dynamischer Belastung zur Einstellung deutlich anderer − i. A. höherer – Werkstoffkennwerte beitragen, als es unter statischer Belastung der Fall ist. Schwerpunkt ist die numerische Untersuchung des Spallationsversuches, welche unter Verwendung des FEM-Programms ANSYS durchgeführt wurde. Zunächst wurden der Inhalt und die methodische Vorgehensweise erläutert. Es folgt eine Darstellung zum Stand des Wissens bezüglich des Materialverhaltens von Beton, der Versuchskonfiguration und dessen numerischer Abbildung. In der Beschreibung des numerischen Modells wird hervorgehoben, dass das implementierte Stoffgesetz vorerst konsequent keinerlei Abhängigkeiten von der Belastungsgeschwindigkeit aufweist. Durch Variation der entsprechenden Parameter wurde festgestellt, welche Einflüsse aus Geometrie und Werkstoffeigenschaften hervorgehen. Die Analyse erfolgte etappenweise, indem fortwährend komplexere Sachverhalte ergänzt wurden. Im Zuge dessen wird mit der homogenen Betrachtung des Werkstoffes begonnen und auf mesoskopischer Ebene mit der Modellierung einzelner Zuschlagskörner einschließlich der umgebenden Matrix geendet. Im Ergebnis wird deutlich, dass das gängig verwendete Verfahren zur Experimentauswertung bei einer Reihe von Konstellationen zu einer Überschätzung der dynamischen Kennwerte (Ausbreitungsgeschwindigkeit, Elastizitätsmodul, Festigkeit und Bruchenergie) führt. Es basiert auf der Annahme einer eindimensionalen, dispersionslosen Wellenausbreitung und weist erhebliche Defizite auf. Diese konnten im Rahmen der Arbeit hauptsächlich auf das nichtlineare Verhalten des Betons, die Streuung der Materialeigenschaften und den Einfluss der Querdehnung zurückgeführt werden. Insbesondere beim Einfluss letzterer wurde noch Forschungsbedarf identifiziert.