Dissipationsbasierter Charakterisierungsrahmen für stochastische Ermüdung von Beton unter Berücksichtigung interagierender Zeit- und Temperatureffekte

• Antragsteller: Professor Dr. Rostislav Chudoba
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471796896

Die Notwendigkeit einer drastischen Reduzierung des Materialverbrauchs und der Erhöhung der Lebensdauer von Ingenieurbauwerken erfordert dringend eine höhere Materialausnutzung, begleitet von intelligenten Wartungs-, Reparatur- und Recyclingkonzepten. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Unterstützung der notwendigen innovativen Entwicklungen im konstruktiven Ingenieurbau durch die Vertiefung der Kenntnisse über das Material- und Strukturverhalten im gesamten Bereich der interagierenden Belastungs- und Umweltangriffsszenarien während der Lebensdauer der Struktur. Während die hochzyklische Ermüdung von Metallen bereits gründlich erforscht wurde und die wissenschaftlichen Ergebnisse durch zuverlässige Vorhersagen der Ermüdungslebensdauer Eingang in die technische Praxis gefunden haben, sind die Mechanismen der Ausbreitung von Ermüdungsschäden in Beton noch nicht vollständig verstanden. Trotz der bemerkenswerten Fortschritte, die in den letzten Jahren bei der Modellierung und Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von Beton erreicht wurden, bleiben viele offene Fragen, die grundlegend geklärt werden müssen, um einen tiefen und allgemeinen Einblick in die Phänomenologie der Betonermüdung zu erhalten. Das wissenschaftliche Ziel des bilateralen Forschungsvorhabens ist es, thermodynamisch konsistente numerische Modellierungsansätze und Charakterisierungsmethoden zu entwickeln, die das Zusammenspiel der dissipativen Mechanismen bei Ermüdungsbeanspruchung allgemeiner als derzeit möglich erfassen können. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die bestehende gemeinsame Meso-Makro-Modellierungsplattform, die das Ermüdungsverhalten in Form einer lokalen kumulativen Dehnungsentwicklung widerspiegelt, um den Einfluss von Temperatur, Belastungsrate und zeitabhängigen Materialänderungen erweitert. Die theoretischen und numerischen Entwicklungen werden in einem systematisch konzipierten Versuchsprogramm validiert, das mehrere Betrachtungsperspektiven der untersuchten Phänomene bietet. Um die Relevanz der Forschung für die technische Praxis weiter zu erhöhen, wird die Zufälligkeit, die der Ermüdungsbeanspruchung und den lokalen Materialeigenschaften innewohnt, mit fortschrittlichen Methoden der probabilistischen Modellierung erfasst, die für die statistische Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens in Bezug auf S-N-Kurven, auf die Ausbreitung von Ermüdungsrissen, auf den Reihenfolgeeffekt und auf die Entwicklung der Ermüdungsbedingten Verformungen verwendet werden. Diese Charakterisierung wird als Grundlage für zuverlässigere und wirtschaftlichere Ingenieurmodelle für Massivbaukonstruktionen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
• Kooperationspartner: Professor Jan Elias; Professor Miroslav Vorechovský, Ph.D.