Mehrskalenmethode zur Simulation der Resilienz und des Bruchverhaltens heterogener Strukturen

Ziel dieses Teilprojekts ist die simulative Vorhersage des Verhaltens und die Gewährleistung einer ausreichenden Robustheit dünnwandiger Carbonbetonstrukturen bei unterschiedlichen Lastkombinationen. Dies erfordert effiziente numerische Mehrskalenmethoden, die das inhomogene und sowohl materiell als auch geometrisch nichtlineare Verhalten abbilden können. Da Schädigung und Risse, die auf der Mikroskala ihren Ursprung haben, schnell zu Lokalisierung führen können, muss die numerische Mehrskalenmethode in der Lage sein diese Lokalisierung netzunabhängig zu erfassen. Daher wird die für Lokalisierungseffekte geeignete Mehrskalenprojektionsmethode für Heterogenitäten und Risse in schalenartigen Strukturen bei finiten Deformationen erweitert. Rissinitiierung und -fortschritt wird mittels XFEM in Kombination mit gradientenerweiterter Schädigung simuliert.

Durch die Kombination der Mehrskalenprojektionsmethode mit moderner Finite-Elemente-Technologie für dreidimensionale Elemente wird das makroskopische Strukturverhalten bei moderatem numerischen Aufwand realitätsnah und locking-frei wiedergegeben. Hierdurch können die Resilienz der mit den im SFB/TRR 280 entwickelten Konstruktionsstrategien entworfenden Carbonbetonstrukturen gegenüber verschiedenen kombinierten äußeren Lasten zuverlässig bewertet werden.