Untersuchungen zur Simulation des Bruchverhaltens feuerfester Baustoffe mit Hilfe der Finite Elemente Methode

Thomas Auer

Untersuchungen zur Simulation des Bruchverhaltens feuerfester Baustoffe mit Hilfe der Finite Elemente Methode

Translated title of the contribution: Investigations to simulate the crack behaviour of refractories by Finite Element methods.

Thomas Auer

Chair of Ceramics (320)

Research output: Thesis › Doctoral Thesis

Abstract

One of the objectives of the investigations documented in this thesis was an improvement of the evaluation of the wedge splitting test according to Tschegg with the help of numerical simulations. This wedge splitting test yields a specific fracture energy and a nominal notch tensile strength. The improved evaluation procedure enables the determination of Youngs modulus, the tensile strength and a corrected specific fracture energy. It is designed to be applied for brittle disordered materials like concrete and refractories. Due to this evaluation procedure no additional tests to determine Youngs modulus and tensile strength are necessary. A second goal of the thesis was to investigate possibilities to simulate crack initiation and crack localisation of brittle disordered materials in case of rather homogenous stress fields. For this purpose statistical distributions of strength and specific fracture energy have been applied. Shrinkage and cracking of a thin layer with perfect adhesion to the substructure was simulated. The crack spacing and the strain at crack localisation was investigated in dependence on the brittleness of the material, the applied constitutive models and the strength distribution. It could be observed that crack spacing and crack opening strain are mainly influenced by the strength distribution.

Translated title of the contribution	Investigations to simulate the crack behaviour of refractories by Finite Element methods.
Original language	German
Supervisors/Advisors	Harmuth, Harald, Assessor A (internal) Tschegg, Elmar, Assessor B (external), External person
Publication status	Published - 2006

Bibliographical note

embargoed until null

Keywords

Simulation Wedge Splitting Test crackspacing

Cite this

@phdthesis{e603137adcb9491783bf7eb2ade8c1e1,

title = "Untersuchungen zur Simulation des Bruchverhaltens feuerfester Baustoffe mit Hilfe der Finite Elemente Methode",

abstract = "In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe numerischer Simulationen eine erg{\"a}nzende Auswerteroutine des Keilspalttests nach Tschegg entwickelt. Dieser Keilspalttest erm{\"o}glicht es, die zur Rissausbreitung in einem Werkstoff ben{\"o}tigte spezifische Bruchenergie zu bestimmen. Diese Routine gestattet die Bestimmung des Elastizit{\"a}tsmoduls, der Zugfestigkeit und der spezifischen Bruchenergie von heterogenen mineralischen Werkstoffen, wie Betone oder feuerfeste Baustoffe. Dies steigert die Effizienz des Pr{\"u}fverfahrens, da keine weiteren Materialpr{\"u}fungen notwendig sind, um Informationen {\"u}ber den Elastizit{\"a}tsmodul und die Zugfestigkeit zu erlangen. Weiters wurden Untersuchungen zur Simulation der Rissbildung in Baustoffen durchgef{\"u}hrt. Ein Hauptaugenmerk wurde auf die Einsetzbarkeit einer statistischen Defektverteilung in einer Finite Elemente Simulation gelegt, um das Verhalten von heterogenen Baustoffen unter homogener Zugbelastung realit{\"a}tsnah zu beschreiben. Dabei wurde die Schwindung und die daraus resultierende Rissbildung einer ebenen d{\"u}nnen Schicht mit idealer Haftung am Untergrund untersucht. Von Interesse war dabei die Abh{\"a}ngigkeit des Rissabstandes und des Zeitpunktes der Risslokalisierung von der Materialspr{\"o}digkeit, den verwendeten Materialmodellen und der Charakteristik der Festigkeitsverteilung. Die Untersuchungen zeigten, dass die Rissbildung vorwiegend durch die Festigkeitsverteilung beeinflusst wird.",

keywords = "Simulation Wedge Splitting Test crackspacing, Simulation Bruchverhalten Baustoffe, feuerfest Keilspalttest Rissbildung",

author = "Thomas Auer",

note = "gesperrt bis null",

year = "2006",

language = "Deutsch",

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TY - BOOK

T1 - Untersuchungen zur Simulation des Bruchverhaltens feuerfester Baustoffe mit Hilfe der Finite Elemente Methode

AU - Auer, Thomas

N1 - gesperrt bis null

PY - 2006

Y1 - 2006

N2 - In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe numerischer Simulationen eine ergänzende Auswerteroutine des Keilspalttests nach Tschegg entwickelt. Dieser Keilspalttest ermöglicht es, die zur Rissausbreitung in einem Werkstoff benötigte spezifische Bruchenergie zu bestimmen. Diese Routine gestattet die Bestimmung des Elastizitätsmoduls, der Zugfestigkeit und der spezifischen Bruchenergie von heterogenen mineralischen Werkstoffen, wie Betone oder feuerfeste Baustoffe. Dies steigert die Effizienz des Prüfverfahrens, da keine weiteren Materialprüfungen notwendig sind, um Informationen über den Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit zu erlangen. Weiters wurden Untersuchungen zur Simulation der Rissbildung in Baustoffen durchgeführt. Ein Hauptaugenmerk wurde auf die Einsetzbarkeit einer statistischen Defektverteilung in einer Finite Elemente Simulation gelegt, um das Verhalten von heterogenen Baustoffen unter homogener Zugbelastung realitätsnah zu beschreiben. Dabei wurde die Schwindung und die daraus resultierende Rissbildung einer ebenen dünnen Schicht mit idealer Haftung am Untergrund untersucht. Von Interesse war dabei die Abhängigkeit des Rissabstandes und des Zeitpunktes der Risslokalisierung von der Materialsprödigkeit, den verwendeten Materialmodellen und der Charakteristik der Festigkeitsverteilung. Die Untersuchungen zeigten, dass die Rissbildung vorwiegend durch die Festigkeitsverteilung beeinflusst wird.

AB - In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe numerischer Simulationen eine ergänzende Auswerteroutine des Keilspalttests nach Tschegg entwickelt. Dieser Keilspalttest ermöglicht es, die zur Rissausbreitung in einem Werkstoff benötigte spezifische Bruchenergie zu bestimmen. Diese Routine gestattet die Bestimmung des Elastizitätsmoduls, der Zugfestigkeit und der spezifischen Bruchenergie von heterogenen mineralischen Werkstoffen, wie Betone oder feuerfeste Baustoffe. Dies steigert die Effizienz des Prüfverfahrens, da keine weiteren Materialprüfungen notwendig sind, um Informationen über den Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit zu erlangen. Weiters wurden Untersuchungen zur Simulation der Rissbildung in Baustoffen durchgeführt. Ein Hauptaugenmerk wurde auf die Einsetzbarkeit einer statistischen Defektverteilung in einer Finite Elemente Simulation gelegt, um das Verhalten von heterogenen Baustoffen unter homogener Zugbelastung realitätsnah zu beschreiben. Dabei wurde die Schwindung und die daraus resultierende Rissbildung einer ebenen dünnen Schicht mit idealer Haftung am Untergrund untersucht. Von Interesse war dabei die Abhängigkeit des Rissabstandes und des Zeitpunktes der Risslokalisierung von der Materialsprödigkeit, den verwendeten Materialmodellen und der Charakteristik der Festigkeitsverteilung. Die Untersuchungen zeigten, dass die Rissbildung vorwiegend durch die Festigkeitsverteilung beeinflusst wird.

KW - Simulation Wedge Splitting Test crackspacing

KW - Simulation Bruchverhalten Baustoffe

KW - feuerfest Keilspalttest Rissbildung

M3 - Dissertation

ER -