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Zur dreidimensionalen Materialmodellierung von Fichtenholz mittels eines Mehrflächen-Plastizitätsmodells

Three-dimensional material modelling of spruce wood using a multi-surface-plasticity model

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Holz als Roh- und Werkstoff Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beitrag wird ein feuchteabhängiges, dreidimensionales elastisch-plastisches Werkstoffmodell für Fichtenholz vorgestellt und anhand experimenteller Untersuchungen bewertet. Die Materialformulierung basiert auf einem Mehrflächen-Plastizitätsmodell zur Berücksichtigung des beanspruchungs- und richtungsabhängigen Nachbruchverhaltens. So wird für Zugbeanspruchung eine exponentielle Entfestigungsfunktion gewählt. Bei Druckbeanspruchung quer zur Faser wird das Verhalten bei geringen plastischen Stauchungen ebenfalls durch eine Exponentialfunktion abgebildet. Ausserdem wird die überproportionale Zunahme der Festigkeit während des Verdichtungsprozesses bei grossen plastischen Dehnungen mitmodelliert. Hinweise zur Implementierung in ein Finite-Elemente-Programmsystem ergänzen die Formulierung. Neben der Verifizierung durch in der Literatur dokumentierte Werkstoffprüfungen wird das Materialmodell genutzt, um eine zimmermannsmässige Zapfenverbindung numerisch zu simulieren. Die Ergebnisse werden dargestellt und diskutiert, um die Möglichkeiten der numerischen Simulation zu verdeutlichen.

Abstract

A moisture depending three-dimensional elastic-plastic material model for spruce wood is presented and evaluated with respect to experimental tests. The material formulation is based on a multi-surface-plasticity model, which considers the direction dependent post-failure behaviour. Tension failure is modelled by an exponential softening-function. This type of function is also used for hardening due to compression perpendicular to the fibers. Furthermore, the disproportionate increase of strength owing to densification at large plastic strains is also taken into account. Comments on the implementation into a Finite-Element-Program complete the formulation. The model is verified with respect to experimental tests, which are documented in the literature. A carpenter joint is simulated and the results are discussed to show the capabilities of the numerical simulations.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Statik und Dynamik der Tragstrukturen, Universität Leipzig, Marschnerstrasse 31, 04109, Leipzig, Deutschland

    Jörg Schmidt & Michael Kaliske

Authors
  1. Jörg Schmidt
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  2. Michael Kaliske
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Schmidt, J., Kaliske, M. Zur dreidimensionalen Materialmodellierung von Fichtenholz mittels eines Mehrflächen-Plastizitätsmodells. Holz Roh Werkst 64, 393–402 (2006). https://doi.org/10.1007/s00107-006-0102-3

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