Statistischer Maßstabseffekt und seine Bedeutung für die Zuverlässigkeit im Stahlbau - Teil 1 - Modell und Versuch

Mikroskopische Imperfektionen im Werkstoff führen dazu, dass die Werte mechanischer Eigenschaften von Bauteilen gewissen Auftretenswahrscheinlichkeiten unterliegen. Mit zunehmendem Volumen erhöht sich die Anzahl der mikroskopischen Defekte, was sich direkt in einer veränderten makroskopischen Festigkeit niederschlägt. Dieses Phänomen ist unter der Bezeichnung statistischer Maßstabseffekt bekannt. Eine solche Maßstabsabhängigkeit kann durch ein stochastisches Werkstoffmodell gut erfasst werden. In diesem Beitrag wurde das Bündel-Kettenglied-Modell, das auf einem stochastischen Werkstoffmodell nach Weibull- und Lognormalverteilung basiert, entwickelt und eine Möglichkeit zur Bestimmung des statistischen Maßstabseffekts durch numerische Verfahren angegeben. Um den statistischen Maßstabseffekt im Stahlbau zu demonstrieren, werden die Biegeversuche mit unterschiedlichen Probengrößen durchgeführt. Dieser Beitrag beschreibt - als erster von zwei Teilen - Forschungsergebnisse über den statistischen Maßstabseffekt und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau.

Statistical size effect and corresponding influence for reliability in steel structures - part 1: model and experiment
In steel structures, the elastic and plastic design is widely used. At the same time, it is certain that the yield strength of steel is variable because of uncertainties and spatial variability in nature. If the volume of structural component increases, the number of microscopic defects correspondingly increases, so that the macroscopic material strength also changes. This phenomenon is called statistical size effect. A new stochastic material model, which is based on Weibull and lognormal distribution, is proposed and a possibility for determining the statistical size effect by numerical methods is developed. To demonstrate the statistical size effect in steel structures, bending tests are carried out with different specimen sizes. This paper presents - as the first of two parts - research results about the statistical size effect and the corresponding reliability in steel structures.