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Projekt
Mehrskalenmodellierung des Schädigungsverlaufs in der lokalisierten Bruchprozesszone eines Carbonkurzfaser-verstärkten Hochleistungsbetons unter hochzyklischer Zug- und Biegezugbeanspruchung - Phase 2: Schadensakkumulation und Degradationsprognose
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Oliver Fischer; Professor Dr.-Ing. Christian Große; Professor Dr. Malte Andreas Peter; Professor Dr. Dirk Volkmer
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 354003768
Um aufwendige Ermüdungsversuche in Zukunft durch entsprechende numerische Simulationen ersetzen zu können werden an einem Hochleistungsbeton die zur Degradation führenden Mechanismen untersucht. Der verwendete Hochleistungsbeton erreicht durch eingemischte orientierte Carbonkurzfasern sehr hohe Zug- und Biegezugfestigkeiten und kann als Ausgangsbasis für die künftige Modellierung des Ermüdungsverhaltens anderer Hochleistungsbetone mit komplexerer Zusammensetzung dienen. In der ersten Förderphase wurden dazu multiple Messverfahren, die auf verschiedenen Skalenebenen agieren, kombiniert. Auf Makroebene kamen bei zyklischen, einaxialen Zugversuchen neben konventionellen Messverfahren wie der digitalen Bildkorrelation die Schallemissionsanalyse und Codawelleninterferometrie zur Darstellung der im Inneren liegenden Schädigungen zu Einsatz. Zusätzlich konnte infolge der Leitfähigkeit der Carbonfasern durch Messung des elektrischen Widerstands auf die Schädigung im Prüfkörper geschlossen werden. Auf Mikro- und Mesoebene wurde in Biegezugversuchen mit Hilfe von computertomographischen und mikroskopischen Untersuchungen einerseits die Gefügestruktur unbelasteter Versuchskörper und andererseits die Mikrorissentwicklung erfasst. Auf Basis der so gewonnenen Daten wurden gefügeorientierte Einheitszellen (RVE's) entwickelt, in denen die Carbonfasern über eine Slip-Displacement-Bedingungen an die umliegende Matrix angebunden wurden. Erste Rissentwicklungssimulationen sind bis zum Ende der ersten Förderphase geplant. In der zweiten Förderphase sollen die erforderlichen Untersuchungen durch die bewährte eng vernetzte Projektgruppe fortgeführt werden, die die Stärken zweier experimenteller Forschungseinrichtungen auf unterschiedlichen Skalenebenen kombiniert, durch hochspezialisierte zerstörungsfreie Messmethoden ergänzt und in einer numerischen Multiskalen-Modellierung mündet. Dazu wird ein besonderer Fokus auf die Beschreibung des Ermüdungsverhaltens und der Degradationsprognose gelegt. Insbesondere die Fragestellung des mikroskopischen Versagens (Faserauszug oder Faserriss) an den Carbonfasern selbst gilt es zu beantworten. Daher werden die angewandten Messmethoden auf Mikro- als auch auf Makroebene insoweit ergänzt bzw. weiterentwickelt, dass der Übergang der Ermüdungsphase II zur Phase III grundlegend erforscht werden kann. Zur Anwendung kommt dabei zusätzlich zu den in der ersten Periode angewendeten Systemen die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Die digitale Bildkorrelation sowie die Widerstandsmessung werden deutlich weiterentwickelt, um die Schädigungen im Innern und Äußern besser verstehen zu können.Außerdem soll der Aspekt der Schadensakkumulation intensiv beleuchtet werden. Auf allen betrachteten Skalenebenen werden Reihenfolgeeffekte untersucht und bewertet, um deren Einfluss auf die Materialdegradation herauszuarbeiten. Die so gewonnen Erkenntnisse fließen direkt in die Validierung der mathematischen Simulation in die Modelle ein.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
