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Algorithmische Umsetzung eines elasto-plastischen Kontakt-Materialgesetzes zur Abbildung der Rissflächen-Degradation bei kohäsiven Rissen

  • Entwicklung eines Algorithmus für ein nichtlineares Materialgesetz für die vollautomatische Rissentwicklungssimulation unter Verwendung der am Institut für Strukturmechanik entwickelten netzfreien Verfahren. In Anlehnung an die Kontinuumsplastizität wird unter Verwendung einer arbeitsbasierten Formulierung mit Kombination der Mode I und Mode IIa Bruchenergien für sensitive Strukturen und eines nicht-assoziierten Fließgesetzes werden die Rissweggrößen (Rissöffnungsweite und Rissgleitungen) iterativ ermittelt. Dadurch ist es möglich, den Dilatanzeffekt sowie die verzahnte Kontaktfläche und die daraus resultierenden erhöhten Schubwiderstände abzubilden. Umsetzung mit Hilfe des sehr effizienten impliziten Closest Point Projection Iterationsverfahren auf Basis einer 3-D Kontaktformulierung (Kontakt-Elemente). 2-D Implementation in die Forschungssoftware SLang des Instituts für Strukturmechanik der Bauhaus-Universität Weimar. Verifikation der Modellcharakteristik mit signifikanten Belastungszuständen. Zwei Anwendungsbeispiele zur Rissfortschrittsberechnung sind unter Verwendung des umgesetzten Materialgesetzes zum Einsatz gekommen. Untersuchungen hinsichtlich der Materialparameter wurden vorgenommen.
  • In this documentation a general model for combined normal/shear cracking will be presented. Basically it is defined of the normal and shear stresses of a cohesive crack with the corresponding displacements in normal and tangential direction. For the load state there can be considered three cases of loading: pure tension, shear-tension and shear-compression. In the softening state of quasi-brittle materials like concrete there are be mould physical effects like dilatancy by shearing deformations, nevertheless no dilatancy under very high compression can be performed. By this way it is additionally possible to simulate extended roughness at the contact surface besides the coulomb criteria as it exists in real cracking deformations of structures characterized by sensitive material behavior. To enable this goal in context of smeared crack analysis a special feature in combined activating Mode I and Mode II fracture energies (mixed mode cracking) is used. \\ After presenting this model a direct way for implementation as a constitutive law based for interface elements will be realized. Integrating this to the stochastic FE software SLang - The Structural Language some tests for verificating the interface model (by comparing the numerical results with existing experimental data) will be performed as well as discussing the cracking model with regard to practical aspects.

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Metadaten
Document Type:Master's Thesis
Author: Kai Schrader
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.619Cite-Link
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6195Cite-Link
Language:German
Date of Publication (online):2005/04/20
Year of first Publication:2005
Release Date:2005/04/20
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes:Fakultät Bauingenieurwesen / Professur Baumechanik
Tag:Kontaktformulierung; Rissfortschrittsberechnung; nicht-assoziierte Fließfläche; plastische Formänderungsarbeit
closest point projection; dilatancy; mixed mode cracking; mode I; mode IIa
GND Keyword:Dilatanz; Bruchzone; Rissbildung
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
BKL-Classification:33 Physik / 33.11 Mechanik
50 Technik allgemein / 50.31 Technische Mechanik
51 Werkstoffkunde / 51.32 Werkstoffmechanik
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