Rahav Venkateswaran, M.Sc.
Beethovenstraße 51
38106 Braunschweig
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Forschungsvorhaben:
Numerische Modellierung der Rissentwicklung und -Ausbreitung in Stahl mit der Diskreten Element Methode
Metalle wie z.B. Stahl sind im Bauwesen weit verbreitet und werden oft in ihrer veredelten Form verwendet. Abgesehen von intrinsischen mikroskopischen Fehlern, die während der Herstellung auftreten, hat ein veredeltes Metall thermodynamisch die Tendenz, durch atmosphärische Korrosion in seine natürliche Form zurückzukehren. Um eine realistische Vorhersage der Lebensdauer von Bauwerken des Bauwesens zu erhalten, müssen daher die gekoppelten Mehrfeldprozesse berücksichtigt werden, die auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen in solchen Materialien auftreten.
Die Diskrete Element Methode (DEM) bietet im Vergleich zur Kontinuumsmechanik die inhärente Fähigkeit, die spontane Entwicklung von Diskontinuitäten und deren anschließende Ausbreitung zu beschreiben. Allerdings ist der Bereich der Materialien, die innerhalb der DEM dargestellt werden können, bisher auf Werte der Poissonszahl von unter 0,25 beschränkt. Außerdem wird innerhalb dieses Bereichs eine steifere Reaktion der Struktur beobachtet. Dies ist besonders bei biegedominierten Problemen zu beobachten. Da eine genaue elastische Materialantwort eine Voraussetzung für die nachfolgende Analyse ist, liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Entwicklung eines Bondmodells, das den linear-elastischen Bereich für Werte der Poissonszahl im Bereich von 0 bis unter 0,5 genau erfasst. Später wird das vorgeschlagene Modell erweitert, um das inelastische Materialverhalten von Stahl zu erfassen und ein geeignetes Kriterium für die Rissentwicklung zu verwenden. In einem letzten Schritt wird dann ein Ansatz zur Beschreibung der Korrosion von Stahl auf der Grundlage der Reaktionskinetik und der anschließenden Diffusion von Elektrolyten vorgeschlagen und mit der mechanischen Reaktion der Struktur gekoppelt.
Veröffentlichungen:
Venkateswaran, R.G., Kowalsky, U. & Dinkler, D. A modified bond model for describing isotropic linear elastic material behaviour with the discrete element method. Comp. Part. Mech. 9, 465–483 (2022). doi.org/10.1007/s40571-021-00422-0