Konstitutive Formulierung und Finite-Elemente-Modellbildung zur realitätsnahen numerischen Berechnung von Holzverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln
Ziel des Forschungsvorhabens ist die wirklichkeitsnahe dreidimensionale Finite-Elemente-Berechnung von Holzverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln.
Experimentell sind verschiedene Versagenscharakteristiken nachgewiesen
- relativ sprödes Querzugversagen/li>
- plastisches Verhalten des Holzes im Lochleibungsbereich des Verbindungsmittels
- Plastizieren des stählernen Verbinders
Im ersten Förderungsabschnitt wurden für die wirklichkeitsnahe Erfassung der Versagensvariante 1 Interface-Elemente mit einer speziellen Materialformulierung für Holz entwickelt. Die Versagensmöglichkeit 2 ist durch eine feuchteabhängige anisotrope elastisch-plastische Multi-Surface-Plastizität mit belastungsabhängigem Postkollapsverhalten formuliert.
Aktuelle Strukturanalysen haben gezeigt, dass letztgenanntes Materialmodell weiterzuentwickeln ist, so dass ein stetig-differenzierbarer Spannungs-Dehnungs-Zusammenhang und damit eine robuste Strukturanalyse gewährleistet ist. Die Entwicklung dieses Modells ist ein Ziel der hier beantragten zweiten Förderungsphase.
Ferner soll eine Pfadverfolgung im Nachbruchbereich algorithmisch gewährleistet werden, so dass kein Entlastungspfad beschritten wird. Diesbezüglich sind Methoden zu entwickeln, welche der Besonderheit Rechnung tragen, dass zwei grundsätzlich verschiedene Elementtypen (Kontinuums-, Interface-Element) mit unterschiedlichen Materialformulierungen gleichzeitig zu betrachten sind.
Mit den validierten FE-Modellen für die Verbindungsmittel einschließlich implementierter Materialmodelle werden breit angelegte Strukturanalysen stiftförmiger Verbindungsmittel durchgeführt, die eine realitätsnahe dreidimensionale Betrachtung der Konstruktion ermöglichen und Aussagen zur Steifigkeit, zur Grenztraglast und zum Schädigungspotenzial liefern.
Die numerische Strukturanalyse hölzerner Verbindungen und damit das vertiefte mechanische Studium dieser Klasse von Anschlüssen bildet den Kern der hiermit beantragten zweiten Förderungsphase.
Die im Forschungsvorhaben entwickelten Materialmodelle für Holz sind grundsätzlich für Analysen hölzerner Konstruktionen einsetzbar und haben damit eine allgemeine Bedeutung. Die Arbeiten zur Pfadverfolgung sind im gesamten Ingenieurwesen von Interesse.