Bruchmechanische Bewertung des Bi‐Material‐Verhaltens feuerverzinkter Stahlbauteile mittels Finite‐Elemente‐Analyse

Diese Arbeit befasst sich mit der bruchmechanischen Bewertung feuerverzinkter Stahlbauteile unter quasi‐statischer Beanspruchung mittels numerischer Finite‐Elemente‐Analysen. Ziel ist es, die Rissentstehung und ‐ausbreitung im Zinküberzug sowie deren Wechselwirkung mit dem Stahlsubstrat umfassend zu verstehen. Um die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit feuerverzinkter Konstruktionen, insbesondere im Brückenbau, besser bewerten zu können, wird eine Übertragung der Ergebnisse auf eine ermüdende Beanspruchung vorgenommen. Die Simulationen erfolgen anhand eines modifizierten Vier‐Punkt‐Biegemodells, wobei verschiedene Rissszenarien (Substratriss, Grenzflächenriss, Durchdringungsriss) systematisch analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen eine ausgeprägte Tendenz zur Rissentwicklung entlang der Zink‐Stahl‐Grenzfläche, was auf die signifikant niedrigere kritische Energiefreisetzungsrate ( =  0,558 Nmm) im Vergleich zum Stahlsubstrat ( =  129 Nmm) zurückzuführen ist. Die Mikrostruktur des Zinküberzugs, insbesondere die spröde ζ‐Phase, begünstigt die frühe Rissinitiierung. Die simulationsbasierten Erkenntnisse korrelieren mit den experimentellen Befunden.

This study presents a fracture mechanics‐based evaluation of hot‐dip galvanized steel components under quasi‐static loading conditions, employing numerical finite element analysis. The objective is to develop a detailed understanding of crack initiation and propagation within the zinc coating and at the zinc–steel interface. To improve assessments of structural integrity and durability of galvanized steel structures, particularly in bridge construction, a transfer of results to fatigue loading is performed. Simulations are conducted using a modified four‐point bending specimen geometry. Various crack configurations including substrate cracks, interfacial cracks, and through‐thickness cracks are systematically examined. Results indicate a pronounced tendency for crack propagation along the interface, attributed to the substantially lower critical energy release rate (G =  0.558 Nmm) in the coating compared to the steel substrate (G =  129 Nmm). The brittle nature of the ζ‐phase within the zinc coating promotes early crack initiation. The simulation outcomes align well with experimental observations.