Numerische Simulationen zum mehraxialen Schädigungsverhalten von Beton mit Hilfe der Methode der Diskreten Elemente

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Curbach
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214361667

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht darin, das grundlagentheoretische Potential der Methode der diskreten Elemente im Hinblick auf das quasistatische und dynamische Materialverhalten von Beton weiter zu erkunden und Erkenntnisse über Materialeigenschaften, Rissentwicklung und Schädigungsentwicklung und -mechanismen zu erhalten. Dieses Ziel enthält insbesondere, das Materialverhalten unter verschiedenen Belastungsszenarien weiterhin mit ein und demselben Modellansatz bzw. mit prinzipiell demselben Simulationscode zu untersuchen.DEM-Simulationen erlauben die Verwendung ein und desselben virtuellen Probekörpers in immer neuen Belastungsszenarien und bei verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten. Das zugrunde gelegte Kontaktmodell, mit dem die Kräfte der miteinander interagierenden Partikel ermittelt werden, und die in dem Kontaktmodell verwendeten Parameter sind die einzigen Annahmen, die im Vorfeld der Simulationen getroffen werden. Insbesondere werden keine Annahmen oder Elemente bezüglich potentieller Risse und kein Schädigungsmodell hinterlegt, vielmehr stellen die auf Fragmentierung und Gefügeumlagerung beruhenden Effekte das Ergebnis der Simulationen dar.Darüber hinaus eignen sich Diskrete-Elemente-Simulationen hervorragend zum Studium des Materialverhaltens unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten, wie sie in der Realität in Anprall- oder Impaktsituationen vorkommen. Aufgrund ihres partikelbasierten Charakters und ihres Ursprungs in den Newtonschen Bewegungsgleichungen ermöglichen sie es, ein qualitatives und quantitatives Verständnis der komplizierten dynamischen Phänomene im Zusammenhang mit der Stoßwellenausbreitung in Beton zu erlangen.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen Diskrete-Elemente-Simulationen zu einem numerischen Werkzeug zur Planung und Begleitung von Laborexperimenten weiterentwickelt werden. In der Interpretation und Extrapolation der in den Experimenten erzielten Ergebnisse wird ein weiteres Anwendungsgebiet numerischer Simulationen mit der Methode der diskreten Elemente gesehen. In der beantragten Förderphase sind Untersuchungen unter quasistatischer Belastung und unter Stoßbelastung an homogenen Probekörpern und an mit einer Mesostruktur versehenen Probekörpern sowie Untersuchungen zum Dehnrateneffekt geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen