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Projektbeschreibung
Durch die Ausbildung einer Vielzahl an Rissen weist SHCC (Strain Hardening Cement-based Composite) ein hohes Dehnvermögen bei einer ausgeprägten Dehnungsverfestigung auf. Die 1. Förderperiode brachte viele neue Erkenntnisse zum mechanischen Verhalten des Werkstoffes unter zyklischer Belastung auf der mesoskopischen Ebene. In der 2. Förderperiode wird nun geklärt, ob und wie sich die Ergebnisse und Degradationsmechanismen der Einzelfaserebene auf das Ermüdungsverhalten des Kompositmaterials unter hohen Lastwechselzahlen übertragen lassen. Zur Weiterentwicklung des numerischen Multiskalenmodells der Einzelfaserebene und zur Schaffung weiterer Grundlagen für das Materialdesign werden zyklische Ermüdungsversuche im Zugschwell- und Zug-Druck-Wechsellastregime unter Variation der Dehnraten und der Umkehrpunkte durchgeführt. Des Weiteren wird der Einsatz von hybriden Faserbewehrungen aus hochduktilen Polymer- und Mikrostahlfasern zur Verringerung der Schäden durch die Rissschließung untersucht sowie der Einfluss von Fasern mit einer Endverankerung auf das Verhalten des SHCC‘s betrachtet. Schließlich sollen verschiedene Instandhaltungsansätze zur Rissschließung untersucht werden.
Aus den Einzelfaserversuchen hat sich gezeigt, dass das Verbund- und Auszugverhalten der Fasern sehr sensitiv auf die Veränderung einzelner Parameter reagiert. Daher sollen zusätzlich die Einflüsse der Faserart, der Temperatur und der Faserorientierung auf das Verhalten des Komposits unter zyklischer Beanspruchung untersucht werden, wobei fortlaufende gefügemorphologische Untersuchungen durchgeführt werden, um ein tieferes Verständnis der Schädigungsmechanismen zu erhalten.
Die aufgeführten Experimente stellen die Grundlage für die Entwicklung eines Materialmodells auf der Makroskale dar. Dabei dienen sie sowohl als Datengrundlage für die Modellentwicklung als auch zu dessen Validierung. Zur Beschreibung des Materialverhaltens wird das bereits formulierte Micro-Layer-Model für die Beschreibung der räumlich verteilten Schädigung weiterentwickelt. Zudem erfolgt eine Weiterentwicklung der Zeithomogenisierung sowohl für das Meso- als auch für das Makromodell, um die Eigenschaften über große Lastwechselzahlen hinweg abbilden zu können. Durch die Kopplung des Verbundmodells auf der Mesoskale mit dem makroskopischen Materialmodell werden die Schädigungs- und Deformationsmechanismen auf der Mesoskale mit der nicht-lokalen elasto-plastischen Ermüdungsformulierung der Makroskale verknüpft. Anhand des entwickelten makroskopischen Modells ergibt sich die Möglichkeit Prognosen zum Ermüdungsverhalten unter veränderten Materialparametern zu erstellen.
