Modellbildung zur Simulation von Stahlfaserbeton unter hochdynamischer Belastung / Modelling of steel fibre reinforced concrete under high dynamic loadings

Der Beitrag beschreibt ein neues numerisches Materialmodell zur Simulation von Stahlfaserbeton unter hochdynamischer Beanspruchung. Die Schwerpunkte der Modellentwicklung lagen auf der empirischen Beschreibung der Abhaengigkeit der Materialeigenschaften vom Stahlfasergehalt und der Umsetzung dieser Abhaengigkeiten in ein numerisches Modell sowie die Entwicklung einer geeigneten Schaedigungshypothese. Wegen der hochdynamischen Einwirkungen erfolgte die numerische Behandlung mit so genannten Hydrocode-Simulationsverfahren, die auf der Finite-Differenzen-Methode basieren. Hydrocodes sind Softwareprogramme, die die Wellenfortpflanzung in einem Medium behandeln und Zustandsgroessen wie zum Beispiel Spannungen, Verzerrungen und Geschwindigkeiten als Funktion der Zeit und des Orts berechnen. Hinsichtlich der Grundgleichungen stuetzen sich die Hydrocodes auf die Loesung der Erhaltungsgleichungen fuer Masse, Impuls und Energie ab. Die Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Stahlfaserbeton muss dazu um den Einfluss der Verzerrungsrate erweitert werden. Das benutzte Schaedigungsmodell verwendet eine entkoppelte und voneinander unabhaengige Beschreibung der Schaedigung aus Gestaltsaenderung und Zusammendrueckung des Stahlfaserbetons. Im Bericht wird anhand von Vergleichen zwischen Experiment und Simulation gezeigt, dass Schaeden von Stahlfaserbetonplatten mit unterschiedlichen Stahlfasergehalten bei Kontaktdetonation sowohl qualitativ als auch quantitativ recht genau vorausgesagt werden koennen. Mit dieser Kenntnis koennen die Auswirkungen hochdynamischer Einwirkungen hinsichtlich der Resttragfaehigkeit in die Bauteilbemessung umgesetzt werden. ABSTRACT IN ENGLISH: For structural protection against extraordinary loads it is important to find construction materials that offer properties that are especially applicable to the problem. One of these materials is steel fibre reinforced concrete. However, for high dynamic loads like from impact or detonation steel fibre reinforced concrete is not yet investigated sufficiently. This article describes a new empirical material model for the simulation of steel fibre reinforced concrete under high dynamic loadings. This material model also includes a damage model which describes the degradation of stiffness and strength in consequence of plastic (compaction and shear) strain. The model is implemented in a hydrocode and validated by a multitude of contact detonation tests. From these results it could be shown that the numerical simulations carried out with the new steel fibre reinforced concrete model are capable to complement or to reduce the expensive and time-consuming experiments, respectively. (A)