Ein mittels 3D-Betondruck errichtetes Wohnhaus erlitt einen teilweisen Strukturversagen, das einen kritischen Fehler im Übergangsbereich zwischen den Schichten offenbarte. Der Vorfall löste eine technische Untersuchung aus, die hochpräzises Laserscanning mit numerischer Simulation kombinierte. Das Hauptziel war zu ermitteln, ob die Abbindezeit zwischen den Druckdurchgängen übermäßig lang war und so die korrekte chemische und mechanische Verbindung zwischen den Materialsträngen verhinderte. Dieser Artikel erläutert den Analyse- und Modellierungsprozess.
Analyse mit GOM Inspect und CloudCompare zur Erkennung von Delamination 🏗️
Der erste Schritt war die Erfassung der kollabierten Geometrie mittels Laserscanning, wodurch eine dichte Punktwolke generiert wurde. Mit CloudCompare wurde diese Punktwolke mit dem ursprünglichen CAD-Modell verglichen, um Oberflächenabweichungen zu identifizieren. Die Trennungsbereiche zwischen den Schichten zeigten einen systematischen Spalt zwischen 0,8 mm und 1,5 mm, was auf eine mangelnde Verschmelzung hindeutet. Anschließend wurde in GOM Inspect eine Querschnittsanalyse durchgeführt, um die tatsächliche Dicke der Grenzfläche zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass die oberen Schichten eine nahezu keine Haftung aufwiesen, mit einer Porosität von 12 % in der Fuge, verglichen mit 2 % bei einer korrekten Verbindung. Diese Daten wurden als Randbedingungen für das Finite-Elemente-Modell exportiert.
Ermüdungsmodellierung in ABAQUS: Die Abbindezeit als kritische Variable ⏳
In ABAQUS wurde ein kohäsives Modell der Grenzfläche zwischen den Schichten erstellt, das die gewonnenen Daten zu Rauheit und Spalt einbezieht. Es wurden drei Szenarien der Abbindezeit simuliert: 30 Minuten (korrekt), 90 Minuten (kritisch) und 150 Minuten (Versagen). Die Spannungs-Dehnungs-Simulation zeigte, dass für den Fall von 150 Minuten die maximale Haftspannung im Vergleich zum optimalen Szenario um 67 % reduziert war. Die Grafiken zeigen einen spröden Bruch an der Grenzfläche ohne nennenswerte plastische Verformung. Die Lehre ist klar: Die Kontrolle des Zeitfensters zwischen den Schichten ist nicht nur eine Frage der Logistik, sondern der bestimmendste Parameter für die Ermüdung und Dauerhaftigkeit einer 3D-gedruckten Struktur.
Wie man das viskoelastische Verhalten der Grenzfläche zwischen Schichten von 3D-gedrucktem Beton präzise modelliert, um die Ermüdung unter zyklischen Lasten vorherzusagen und Haftungsfehler wie den beim teilweisen Einsturz des Wohnhauses beobachteten zu vermeiden
(PS: Die Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)