Einfluss der Beanspruchungsgeschwindigkeit auf das Werkstoffverhalten von Baustahl

Die Ermittlung von verlässlichen Werkstoffdaten bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten stellt versuchstechnisch noch immer eine große Herausforderung dar, obwohl die Untersuchung der dehnratenabhängigen Beeinflussung des Werkstoffverhaltens von Stahl bereits seit langem Gegenstand der Forschung ist. Zu üblichen Baustählen liegen Untersuchungen bis heute nicht in einem Umfang vor, der für eine für FE-Simulationen taugliche Beschreibung des Materialverhaltens zufriedenstellend wäre. In dieser Arbeit wurde die dehnratenabängige Beeinflussung der Festigkeits- und Verformungskennwerte von Baustahl anhand von Zugversuchen unter Variation der Beanspruchungsgeschwindigkeit untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl Festigkeits- als auch Verformungskennwerte der Baustähle teilweise signifikant dehnratenabhängig sind. Dies führt dazu, dass die Fließkurvenform und -lage durch die Beanspruchungsgeschwindigkeit beeinflusst wird. Die Beeinflussung der Dehnratenempfindlichkeit wurde in dieser Arbeit anhand der unteren Streckgrenze untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Dehnratenempfindlichkeit mit Abnahme der quasistatischen unteren Streckgrenze und mit Zunahme des mittleren Ferritkorndurchmessers zunimmt. Die Entwicklung der Dehnratenempfindlichkeit über die Kerbschlagarbeit entspricht qualitativ dem Verlauf bei Darstellung über die quasistatische untere Streckgrenze und kann letztlich ebenfalls anhand der Korngröße erklärt werden. Die in dieser Arbeit untersuchten bestehenden Modelle gehen einem multiplikativen Ansatz nach, der die Dehnratenverfestigung anhand eines Skalierungsfaktors berücksichtigt. Die Ermittlung eines Parametersatzes, mit der eine hohe Approximationsgüte für den gesamten Dehnratenbereich und alle Verformungsniveaus erreicht wird, war für keines der bestehenden Modelle möglich. Das in dieser Arbeit vorgestellte neue Materialmodell verfolgt den Ansatz der Trennung und getrennten Approximation von Fließplateau und Verfestigungskurve bis zur Gleichmaßdehnung. Für die Beschreibung der Verfestigungskurve wurden bekannte Verfestigungsmodelle verwendet, deren Modellparameter hinsichtlich ihrer Dehnratenabhängigkeit untersucht und wiederum mithilfe von Ansatzfunktionen approximiert wurden. Dies ermöglicht es, das Verfestigungsverhalten in Abhängigkeit der Dehnrate darzustellen. Umgekehrt wird die Dehnratenverfestigung des Baustahls in Abhängigkeit des betrachteten Verformungsniveaus beschrieben.