Messtechnische Herausforderungen bei der Analyse von hochdynamischen Aufprallbeanspruchungen

Abstract

Das Verständnis von Impaktvorgängen auf Stahlbetonstrukturen ist von grundlegender Bedeutung für die Auslegung von Bauwerken in Hinblick auf die Bewertung außergewöhnlicher Belastungssituationen, wie beispielsweise Steinschlag oder aber Fahrzeug- oder Flugzeuganprall. Bei hohen Verzerrungsraten, die sich bei derartigen Belastungen im Bauteil einstellen, wird ein anderes Material- und Werkstoffverhalten beobachtet als unter quasi-statischen Einwirkungen. Dieses äußert sich zum Beispiel durch eine Zunahme der Festigkeit bei steigender Verzerrungsrate. Daher ist eine Analyse und Bewertung des Tragverhaltens von Bauteilen unter derartigen Belastungszuständen geboten, um das Tragverhalten auf Material- und Bauteilebene zu ermitteln und Tragreserven erkennen zu können. Eine entsprechende Methodik und der Einsatz geeigneter Messtechnik sind dafür essenzielle Voraussetzungen. Der vorliegende Aufsatz richtet seinen Fokus auf die messtechnischen Methoden und die Herausforderungen bei schnell ablaufenden Belastungsvorgängen. Am Beispiel der experimentellen Untersuchung von Stahlbetonplatten unter Impakt, bei denen Belastungszeiten von wenigen μs und ms auftreten, werden der Versuchsaufbau und die Mess- und Analysesysteme in Hinblick auf die Messmethoden und die erzielten Messergebnisse beschrieben. Die Ermittlung von Zeitverläufen bzgl. der Impaktgeschwindigkeit, der Reaktionskräfte, des Verformungsverhaltens sowie auch der Bestimmung von Schallwellengeschwindigkeiten innerhalb des Bauteils erfordert eine entsprechend hohe Abtastrate bei der Signalaufzeichnung. Diese Ergebnisse ermöglichen letztlich eine ganzheitliche Bewertung des Strukturverhaltens und der Schädigungsphänomene

Behaviour of reinforcement in drop tower beam tests

“…Thus, the loading conditions of the tests presented in [2,3,4] differed strongly from the loading in this study. Here, a hard and short impact [6] was applied to the beams, whereas in [2,3,4] a slower and constant velocity impact strained the specimens.…”

“…By contrast, the time it took for the wave to pass through the beam in the vertical direction can be estimated to only 0.07 ms (see eq. 2 [6,11]). After these 0.07 ms, the compressive wave was reflected as a tensile wave from the free bottom surface of the beam.…”

Strukturdynamisches Verhalten von Stahlbetonplatten unter Impakteinwirkung bei variablen Geschwindigkeiten

“…Diese wurde bereits zuvor in hochdynamischen Versuchen verwendet . Die Ergebnisse zur Druckwellenausbreitung sind in dargestellt. Ein laseroptisches System ermöglichte die Erfassung der Verformungs‐Zeitverläufe der Proben in der rückseitigen Bauteilmitte.…”

“…Ferner ist das Riss‐ und Fragmentierungsverhalten der Bauteilrückseite mithilfe von Hochgeschwindigkeitsvideoaufzeichnungen aufgenommen worden (vgl. ebenfalls ). Eine weitere Hochgeschwindigkeitsvideoaufzeichnung erfasste seitlich den Anprallvorgang des Impaktors auf der Belastungsseite.…”

“…Erste Ergebnisse zu den Experimenten und den begleitenden numerischen Berechnungen des EMI mittels Hydrocodes wurden bereits in publiziert. Ein kurzer Überblick zur Anlagentechnik und zu grundlegenden Versuchen ist in dokumentiert.…”