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Ableitung neuer, verbesserter Festigkeitskriterien für Stahlbauteile (IGF-Vorhaben 17925 N)

Kurze Beschreibung

Die in den aktuellen Regelwerken des Stahlbaus verankerten Festigkeitskriterien basieren auf einfachen Ingenieurmodellen, bei denen die Grenzlastvorhersage näherungsweise mit der Streckgrenze oder der Zugfestigkeit des Materials verknüpft wird. Gleichwohl diese Tragfähigkeitsfunktionen in der Regel an Versuchen kalibriert wurden, weisen sie nur begrenzte Vorhersagegenauigkeiten auf, da das tatsächliche Versagensverhalten durch die zugrunde liegende phänomenologische Modellvorstellung nicht erfasst wird. Die derzeit vorhandenen Streuungen entstammen größtenteils dieser Nichtberücksichtigung des tatsächlichen Bruchmechanismus und der vorausgehenden Schädigungsgeschichte, die maßgebend von den tatsächlichen Zähigkeitseigenschaften des Werkstoffs abhängen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden deswegen neue, verbesserte Festigkeitskriterien für Stahlbauteile entwickelt, die insbesondere für die Anwendung höherfester Stahlsorten von größter Bedeutung sind. Bislang konnten diese Stähle unberechtigterweise fast nicht zum Einsatz kommen, da die Normen aufgrund mangelnder Kenntnis der speziellen Versagensmechanismen hochfester Stähle zu restriktive Anforderungen an den Werkstoff enthalten. Der methodische Ansatz beruht auf der mikromechanischen Erfassung des wahren Bruchverhaltens durch Implementierung eines geeigneten Rissinitiierungskriteriums zur Versagensdetektion. Für den allgemeinen Stahlbau erfordern diese schädigungsmechanischen Konzepte jedoch eine Modifikation (Erweiterung um die 3. Invariante des Spannungsdeviators), da hier oft schubspannungsdominierte Beanspruchungszustände vorliegen, die mit den vorliegenden Schädigungsmodellen (Modell nach Gurson-Tvergaard-Needleman) nur unzureichend erfasst werden können. Die Anwendung hochfester Stahlsorten verspricht ökonomische und ökologische Vorteile, etwa durch Kosten- und Energieeinsparung bei geringerem Materialaufwand, sowie neue Marktpotentiale für die hiesige, qualitätsorientierte Stahlindustrie.

Forschungsvereinigung

Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V.

Partner

Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen

Laufzeit

01 / 2014 - 06 / 2017

Ansprechpartner

Simon Schaffrath

Intern

Link zur internen Seite.

Forschungsförderung

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