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Ein neues polykonvexes orthotropes Materialmodell zur robusten Simulation von Textilmembranen im Bauingenieurwesen unter Berücksichtigung großer Deformationen. Validierung anhand eines Großbauteilversuchs

A new nonlinear polyconvex orthotropic material model for the robust simulation of technical fabrics in civil engineering applications at large strains. Validation with large-scale experiment

Ein polykonvexes orthotropes Materialmodell wird für die Simulation von Textilmembranen vorgeschlagen. Die Interaktion der Klett- und Schussfäden wird bei der Formulierung der orthotropen Terme im Rahmen von anisotropen Metriktensoren beschrieben. Die Parameter des Modells werden an die in mono- und biaxialen Zugversuchen ermittelten Spannungs-Dehnungskurven von Textilmembranen angepasst und die Ergebnisse werden verglichen mit dem in der Ingenieurpraxis verwendeten linear elastischen Modell. In den monoaxialen Versuchen werden auch die Querdehnungen berücksichtigt, um die deutliche Interaktion zwischen der Klett- und Schussrichtung zu erfassen. In den Versuchen wird eine erhöhte Anzahl von Lastzyklen berücksichtigt, sodass im letzten Zyklus von einem saturierten nahezu elastischen Materialverhalten ausgegangen werden kann. Neben der Vorstellung des Modells wird eine neue Methode für die Identifikation eindeutiger (linearer) Steifigkeitsparameter vorgeschlagen, welche eine vorausgehende Identifikation (nichtlinearer) Modellparameter vorsieht. Die endgültige Formulierung des vorgeschlagenen nicht-linearen Modells enthält lediglich vier Materialparameter, die für das jeweilige individuelle Material der Membran zu bestimmen sind. Außerdem wird ein neuer Großbauteilversuch präsentiert, der die Validierung des Modells unter Bauteilbelastungen bei realen Anwendungen im Ingenieurbau ermöglicht. Die numerische Robustheit des Modells wird anhand einer praxisrelevanten Simulation einer großen Dachkonstruktion unter realen Randbedingungen untersucht. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: A polyconvex orthotropic material model is proposed for the simulation of tensile membrane structures. The notion of anisotropic metric tensors is employed in the formulation of the polyconvex orthotropic term which allows for the description of the interaction of the warp and fill yarns. The model is adjusted to the stress-strain paths of uniaxial and biaxial tensile tests of a woven fabric and the results are compared with the linear elastic model. The lateral contraction in the uniaxial loading case is taken into account to also capture the strong crosswise interactions. An increased number of load cycles is considered in the experiments to reach a saturated elastic state of the material. A new method is proposed enabling in principle the identification of unique (linear) stiffness parameters by previously identifying the (nonlinear) model parameters. Eventually, the proposed nonlinear model contains only 4 material parameters to be identified for the individual membrane material. Moreover, a new large-scale experimental setting is presented which allows for the validation of the proposed model response in real-life engineering applications. The numerical robustness of the model is tested in an advanced simulation of a large roof structure under application of realistic boundary conditions. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Motevalli, M
    • Uhlemann, J
    • Stranghöner, N
    • Balzani, D
  • Publication Date: 2019-12

Language

  • English

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 488-97
  • Serial:
    • Bauingenieur
    • Volume: 94
    • Issue Number: 12
    • Publisher: Springer-VDI-Verlag GmbH
    • ISSN: 0005-6650

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01732691
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Mar 4 2020 11:52AM