Bruch- und Nachbruchverhalten von Glas- und Verbundglasstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Kaliske; Professor Dr.-Ing. Ulrich Knaack, seit 10/2023
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426807020

Der Einsatz von Verbundglas für die Tragstruktur von Gebäuden und Ingenieurskonstruktionen erlangt zunehmende Bedeutung. Neben dem Einsatz für großflächige Glasfassaden finden Verbundglasstrukturen Anwendung als Absturzsicherungen, begehbare Glasböden sowie als essentieller Tragwerksbestandteil in Form von Balken und Stützen. Die Auslegung und Optimierung neuartiger struktureller Verglasungen erfordern die Kenntnis des Material- und Strukturverhaltens. Insbesondere das Verständnis des Bruchvorgangs im Glas und die zuverlässige Prognose des strukturellen Nachbruchverhaltens des geschichtet aufgebauten Verbundglases sind erforderlich. Die Konstruktion und Bemessung struktureller Verglasungen basiert derzeit auf einem konservativen Umgang mit bewährten Konstruktionsansätzen. Das Institut für Statik und Konstruktion der TU Darmstadt verfügt über langjährige Erfahrung bei der Herstellung und der experimentellen Untersuchung von Verbundglasstrukturen. Das Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke der TU Dresden ist auf die Entwicklung und Umsetzung numerischer Modelle ausgerichtet. Die Verknüpfung der weitreichenden experimentellen Expertise mit der umfangreichen Erfahrung zu numerischen Modellen ist ein vielversprechender Ansatz zur Entwicklung von Modellen zur Prognose des Bruch- und Nachbruchverhaltens von Verbundglasstrukturen.Im gemeinsamen Projekt wird zunächst das Bruchverhalten reiner Glasstrukturen betrachtet. Experimentell steht die systematische Dokumentation der Bruchcharakteristik thermisch vorgespannter Gläser und die Identifikation maßgeblicher Einflussparameter im Fokus der Untersuchungen. Darauf aufbauend werden analytische und numerische Modelle entwickelt, um das Bruchverhalten zu beschreiben und zuverlässig zu prognostizieren. Das analytische Modell basiert auf einer energetischen Untersuchung der Gesamtstruktur für die Vorhersage des Bruchbilds. Numerisch soll das Phasenfeldmodell zur Beschreibung der Risskonfiguration und des Bruchprozesses zum Einsatz kommen. Zunächst wird ein Kontinuumsmodell zur Genese eines Mikrobruchstücks entwickelt, um die grundlegenden Bruchprozesse in Glas nachzuvollziehen und abzubilden. Anschließend wird die Formulierung in ein Plattenelement übertragen und so die Simulation des Glasbruchs auf Strukturebene ermöglicht. Nach der Dokumentation und Modellierung der Bruchprozesse im Glas steht das Verhalten der als Zwischenschicht im Verbundglas verwendeten polymeren Folien im Fokus der experimentellen Untersuchung und der numerischen Modellierung. Abschließend wird der Verbund zwischen Glas und Polymer bezüglich des Bruchverhaltens untersucht. Das finale Ziel des Forschungsprojekts ist die Erarbeitung einer systematischen experimentellen Datenbasis zum Bruch- und Nachbruchverhalten von Verbundglasstrukturen sowie die Entwicklung, Umsetzung und Anwendung eines numerischen Konzepts zur Beschreibung des beobachteten Verhaltens durch die Kombination von Rissevolution und Materialmodellierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens Schneider, bis 9/2023