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Bestimmung der Last-Zeit-Funktion beim Aufprall flüssigkeitsgefüllter Stoßkörper

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[Quelle: http://d-nb.info]

Motiviert durch Fragestellungen, die sich aus den Anschlägen auf das World Trade Center und das Pentagon im Jahre 2001 bezüglich der Einwirkungen durch den Anprall eines großen Passagierflugzeuges ergeben haben, untersucht die Arbeit den Aufprall von teilweise flüssigkeitsgefüllten Stoßkörpern (Projektilen). Der Schwerpunkt liegt dabei in der Bestimmung der für die Bemessung maßgebenden Last-Zeit-Funktion. Die Versuchsbasis umfasst 14 Aufprallversuche. Von diesen untersuchen drei den Aufprall bei Verwendung eines halbgefüllten Tanks, zwei den Aufprall bei vollgefülltem Tank und die verbleibenden Versuche weisen keine Tankfüllung auf. Beim Aufprall des vorderen Projektilteils stellt sich ein asymmetrisches Faltungsversagen des Projektils ein. Für den hinteren steiferen Projektilteil variiert das Versagen in Abhängigkeit der Aufprallgeschwindigkeit und des Füllgrades des Tanks. Hier stellt sich ein Falten, Aufschälen oder Aufplatzen des zylindrischen Projektilkörpers beim Aufprall ein. Für die ermittelten Last-Zeit-Funktionen konnte in den einzelnen Versuchsreihen eine gute Übereinstimmung der einzelnen Versuche erzielt werden, so dass eine zuverlässige Datenbasis zur Validierung von numerischen Simulationsergebnissen sowie Berechnungsansätzen vorliegt. Ein explizites numerisches Simulationsmodell bildet die Aufprallversuche ab. Die numerische Simulation des Materialverhaltens ist hierbei an Materialversuche mit dem verwendeten Aluminium angepasst. Ein Vergleich der experimentellen und numerischen Ergebnisse mit dem einfachen analytischen Berechnungsmodell nach RIERA zeigt, dass bei Berücksichtigung des beim Aufprall auftretenden Versagens eine gute Näherung der Last-Zeit-Funktion erzielt werden kann.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Daniela Ruch
Bestimmung der Last-Zeit-Funktion beim Aufprall flüssigkeitsgefüllter Stoßkörper
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 70
2011, IX, 263 S., m. graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Motiviert durch Fragestellungen, die sich aus den Anschlägen auf das World Trade Center und das Pentagon im Jahre 2001 bezüglich der Einwirkungen durch den Anprall eines großen Passagierflugzeuges ergeben haben, untersucht die Arbeit den Aufprall von teilweise flüssigkeitsgefüllten Stoßkörpern (Projektilen). Der Schwerpunkt liegt dabei in der Bestimmung der für die Bemessung maßgebenden Last-Zeit-Funktion. Die Versuchsbasis umfasst 14 Aufprallversuche. Von diesen untersuchen drei den Aufprall bei Verwendung eines halbgefüllten Tanks, zwei den Aufprall bei vollgefülltem Tank und die verbleibenden Versuche weisen keine Tankfüllung auf. Beim Aufprall des vorderen Projektilteils stellt sich ein asymmetrisches Faltungsversagen des Projektils ein. Für den hinteren steiferen Projektilteil variiert das Versagen in Abhängigkeit der Aufprallgeschwindigkeit und des Füllgrades des Tanks. Hier stellt sich ein Falten, Aufschälen oder Aufplatzen des zylindrischen Projektilkörpers beim Aufprall ein. Für die ermittelten Last-Zeit-Funktionen konnte in den einzelnen Versuchsreihen eine gute Übereinstimmung der einzelnen Versuche erzielt werden, so dass eine zuverlässige Datenbasis zur Validierung von numerischen Simulationsergebnissen sowie Berechnungsansätzen vorliegt. Ein explizites numerisches Simulationsmodell bildet die Aufprallversuche ab. Die numerische Simulation des Materialverhaltens ist hierbei an Materialversuche mit dem verwendeten Aluminium angepasst. Ein Vergleich der experimentellen und numerischen Ergebnisse mit dem einfachen analytischen Berechnungsmodell nach RIERA zeigt, dass bei Berücksichtigung des beim Aufprall auftretenden Versagens eine gute Näherung der Last-Zeit-Funktion erzielt werden kann.

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J.D. Wörner, Jens Schneider
Abschlussbericht zur experimentellen und rechnerischen Bestimmung der dynamischen Belastung von Verglasungen durch weichen Stoß
Bauforschung, Band T 2935
2000, 106 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es wurden verschiedene Experimente durchgeführt, um die Belastung und das Verhalten von Verglasungen bei weichem Stoß zu untersuchen. In der bauaufsichtlichen Zustimmungspraxis müssen derzeit Nachweise zum Anprall, z.B. bei absturzsichernden Verglasungen, in der Regel durch Versuche an Originalbauteilen geführt werden, die mit zeitlichem Aufwand und großen Unsicherheiten bei Planern und ausführenden Firmen verbunden sind. Ziel war daher die Entwicklung eines Modells, das einen rechnerischen Nachweis des weichen Stoßes auf Verglasungen ermöglicht. Während der Experimente wurden dazu sowohl die Beschleunigung des stoßenden Körpers während des Stoßvorganges als auch die Dehnungen des Glases auf der Rückseite der beanspruchten Scheiben bestimmt. Experimentelle Vergleiche mit menschlichen Körperstößen zeigen, daß die Belastungen mit dem Doppelreifen-Pendelkörper die des menschlichen Körperstoßes für die bisher vorgeschriebenen Fallhöhen weit übertreffen. Auf Basis der Ergebnisse wurde ein Rechenmodell mit Hilfe der Methode der Finiten-Elemente entwickelt, das mit den experimentellen Ergebnissen für verschiedene Lagerungsarten gut übereinstimmt und eine Berechnung an beliebigen Stellen der Scheibe zuläßt. Ein weiteres, vereinfachtes Modell auf Basis eines Zweimassen-Schwingers soll Berechnungen ohne großen numerischen Aufwand ermöglichen. Mit diesem Modell wurden statische Ersatzlasten für zweiseitig und vierseitig gelagerte Scheiben mit handelsüblichen Abmessungen bestimmt. Mit einer allgemeinen Ersatzlasttafel, für die nur die Steifigkeit der Scheibe und deren mitschwingende Masse bestimmt werden müssen, können statische Ersatzlasten für beliebige Konstruktionen ermittelt werden. Die Versuchsergebnisse und bruchmechanischen Berechnungen bestätigen zudem, daß die Festigkeit von Floatglas bei kurzer Stoßeinwirkung signifikant höher ist als die in Biegeversuchen nach den Normen ermittelte Festigkeit.

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R. Rück, G.E. Völkel
Untersuchung von 4-seitig linienförmig gelagerten Scheiben bei Stoßbelastung
Bauforschung, Band T 2915
1999, 70 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es werden Ergebnisse eines Forschungsvorhabens, das sich mit dem Verhalten einer 8 mm dicken Glasscheibe mit Abmessungen von ca.1m x 2m bei Stoßbelastung beschäftigt, vorgestellt. Es wurden zunächst Versuche mit einem Schulterstoß von Menschen ausgeführt, und anschließend wurden Versuche mit verschiedenen Ersatz-Stoßkörpern wie einem Dummy, einem Glaskugelsack und dem Zwillingsreifen nach E DIN EN 12 600 mit einer Masse von 50 kg und einem Reifenluftdruck von 4 bar durchgeführt. In mehreren Versuchsreihen wurde die Aufprallgeschwindigkeit, die Aufprallstelle, die Körperlage des Dummys und der Reifenluftdruck variiert.

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J. Eibl, M. Feyerabend
Anprallschutz fuer Stuetzen -Gabelstaplerstoss-. Abschlussbericht
1988, 140 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Gabelstapler koennen bereits bei maessigen Geschwindigkeiten so harte Stoesse auf Hallenstuetzen ausueben, dass diese versagen. Dies gab Veranlassung, einen speziellen Anprallschutz zu untersuchen, welcher aus einem am unteren Ende der Stuetze angeordneten Stahlblechzylinder, der mit Sand gefuellt ist, besteht. Da bereits Stossversuche und rechnerische Untersuchungen an ungeschuetzen Stahl-, Holz- und Betonstuetzen in einem weiteren Forschungsvorhaben durchgefuehrt worden waren, konnten im vorliegenden Falle die experimentellen Studien auf Stahlstuetzen beschraenkt werden. Nach experimenteller und theoretischer Klaerung von Massstabsfragen wurden Anprallsicherungen des in Frage stehenden Typs im Massstab 1:1 mit geringfuegig gegenueber der Wirksamkeit verkuerzten Stahlstuetzen und aufliegender Masse experimentell geprueft. Die Beanspruchung erfolgte ueber eine "Beschussvorrichtung" mittels einer mit Pressluft beschleunigten Masse. Die Stuetze wurde dabei liegend angeordnet, um fuer den Beschuss mit einer schweren Masse die Schwerkraft nutzen zu koennen. Die Masse zur Simulierung der Last am Kopf der Stuetze wurde entsprechend der Erdbeschleunigung horizontal gegen das Stuetzenfundament vorgespannt. Es kann festgestellt werden, dass die gepruefte Anprallsicherung die Stuetzen von Stossbeanspruchungen weitgehend frei haelt. Eine besondere Bemessung auf Anprall ist dann nicht notwendig. (-z-)

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Klaus Pieper, Karl Wolf
Messen des Schlages bei Beginn der Entleerung eines Silos und weiterer Größen der Silolasten für eine Reihe von häufigen Schüttgütern
Bauforschung, Band T 1256
1984, 456 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zwischen dem Ruhestand eines Schüttgutes im Silo und dem Fließzustand beim Entleeren bestehen Unterschiede des Spannungszustandes im Schüttgut und der Belastung der Silowände. Der Übergang von einem zum anderen Zustand erfolgt schlagartig. Es wurde untersucht, inwieweit der Anfangsschlag von den Bedingungen des zentrischen oder exzentrischen Entleerens, der Rauhigkeit der Silowand, der Entleerungsgeschwindigkeit und der Schüttguteigenschaften beeinflusst wird und ob er ein Maximum der Wandlasten darstellt. An einem 6,00 m hohen runden Modellsilo aus Stahl wurden Füll- und Entleerungszyklen mit den Schüttgütern Weizen, Sojaschrot, Kunststoffgranulat, Quarzsand, Weizengrieß und Mais durchgeführt. Gemessen wurden auch die Frequenzen, mit denen periodische Schwingungen aus der Belastung auftraten.

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Stossartige Belastung von Stahlbetonbauteilen. Berichte zum Forschungskolloquium, Sept.1980
1980, 182 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In diesem Bericht werden zehn Referate ueber folgende Themen veroeffentlicht: -Stahlbetonbalken unter stossartiger Gleichstrecklast, -Versuche ueber stossbelasteter Stahlbeton- und Spannbetontragwerke, -Grenztragfaehigkeit von Stahlbetonbauteilen bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten, -Zugfestigkeit von Beton unter stossartiger Beanspruchung, Anprallbelastungen im Kernkraftwerksbau. (to)

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Schmitt, Daniel; Kühn, Tino; Millon, Oliver; Stolz, Alexander; Nau, Siegfried; Curbach, Manfred; Thoma, Klaus
Strukturdynamisches Verhalten von Stahlbetonplatten unter Impakteinwirkung bei variablen Geschwindigkeiten
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

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Keuser, Manfred; Goj, Karl; Lenner, Roman
Verstärkung historischer Brücken über den Main unter besonderer Berücksichtigung des Schiffsanpralls
Bautechnik, 2015

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Richter, Immo
Anfahrpuffer
Tür Tor Fenster Report, 2013

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Kramer, Björn
Seeschiff versus Windenergieanlage. Kollisionsrisiken auf hoher See
BWK Das Energie Fachmagazin, 2013

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Heuer, Rudolf
Baudynamische Modellierung von Tragwerken unter Anpralllasten
ÖIAZ. Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 2013

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