Kompetenzzentrum

Geschäftsfeld Sicherheit

Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI

Kompetenzzentrum

Das Fraunhofer EMI bietet einen kompletten Dienstleistungsservice im Bereich Schutz vor Extrembelastungen auf Strukturen bei Explosionen/Detonationen.

Zum Service gehören folgende Bereiche:

Sicherheitskonzepte
Zum Schutz von Gebäuden, Industrieanlagen und Personen vor (katastrophalen) Folgen durch Industrieunfälle oder terroristische Anschläge greift das EMI auf bestehende Methoden zurück oder entwickelt maßgeschneiderte Schutzkonzepte und überprüft diese durch numerische Simulation und im Experiment.

Risikoanalyse
Das EMI entwickelt computergestützte Methoden zur Risikoanalyse auf der Basis abgesicherter, empirischer Modelle und verwendet diese zur effizienten Analyse von Bedrohungsszenarien. Die Risikoanalyse sagt die Gefährdung der Umgebung im Falle einer Detonation vorher. Dies beinhaltet die Auswirkungen des Luftstoßes und des Trümmerwurfs auf Personen, Geräte und Bauwerke. Daraus werden notwendige Sicherheitsabstände, Verhaltensregeln und bauliche Schutzmaßnahmen abgeleitet.

Strukturbelastung / Strukturverhalten
Das Spektrum der angebotenen Analysen umfasst sowohl die detaillierte Simulation der Lastentstehung wie auch der Strukturreaktion. Die hierzu eingesetzten fluid- und strukturdynamischen Berechnungsverfahren auf der Basis expliziter Finite-Elemente-, Finite-Volumen- und netzfreier Methoden erlauben es, die zeitliche Entwicklung der Belastungs- und Reaktionsvorgänge realitätsnah zu simulieren.

: Numerische Simulation einer Innenraumdetonation zur Berechnung von Lasteinträgen (dargestellt sind Isobaren)

Dies beinhaltet die Erfassung von Stoßwellenvorgängen, starken Verformungen bis hin zum Versagen sowie das Nachversagensverhalten. Neben kommerziellen Codes werden vom EMI speziell für derartige Anwendungen entwickelte Verfahren eingesetzt. Es steht eine Vielzahl von geeigneten Materialbeschreibungen zur Verfügung, die von bewehrtem Beton bis hin zu Glas und Verbundwerkstoffen reichen.
Die im Hause vorhandene Computerleistung erlaubt es, auch komplexe und umfangreiche Konfigurationen zu bearbeiten.

: Stahlbeton mit Glasfasermatten nachträglich verstärkt

So kann beispielsweise bei der Herstellung von Mauerwerk mit in die Lagerfugen eingelegten Baustahlbewehrungen das dynamische Tragvermögen um den Faktor 4 erhöht werden. Eine einfache, aber äußerst effektive Verstärkungsmaßnahme besteht im Aufkleben von Faserverbundwerkstoffen. Damit sind Laststeigerungen bis zum Faktor 30 auch nachträglich möglich.

Download PDF: Schutz von Mauerwerk durch Bewehrung

Download PDF: Nachrüstung von exponierten Gebäuden

Bauteilentwicklung
Zum Aufgabenbereich des EMI gehört auch die Entwicklung spezieller Faserbetone, Verbundstrukturen sowie modularer Schutzkomponenten zur Erhöhung der Sicherheitswirkung. Durch die Nutzung von Synergieeffekten wird die Optimierung der neuen Bauteile erreicht.

Das Know-how des Instituts findet seine Anwendung auch bei der Auslegung von sicheren Transportcontainern im Verkehrswesen. Durch Verwendung von Dämpfungsmaterialen und Verstärkungen können Sicherheitscontainer bei Crashbelastung von Außen das zu transportierende Gut schützen bzw. beim Transport von gefährlichen, explosiven Gütern katastrophale Auswirkungen infolge von Innenraumdetonationen verhindern.

: Sicherheitscontainer

Bauteilprüfung
Auf Wunsch wird an den in Europa einzigartigen Druckstoß - Prüfanlagen die Effizienz jeder Schutzmaßnahme überprüft. Sicherheitssonderverglasungen werden z. B. auf Widerstand gegen Sprengwirkung nach DIN EN 13541 sowie Fenster, Türen und Abschlüsse auf Sprengwirkungshemmung nach DIN EN 13123-1 / DIN EN13124-1 im Stoßrohr geprüft.
Das Ernst-Mach-Institut bietet Architekten, Bauträgern, Industrie, Banken, Versicherungen, der öffentlichen Hand und Privatleuten umfangreiche Beratung beim Schutz von Neubauten und bestehender Bausubstanz gegen extreme Belastung an. Basierend auf langjähriger Kompetenz werden Maßnahmen vorgeschlagen und in der Durchführung betreut.

Versuchseinrichtungen

Stoßrohr

Simulation von Detonationen für das gesamte Spektrum möglicher terroristischer Bedrohungen durch Explosivstoffe. Bauteilbelastungen (z.B. Fassaden) bis zu einer Größe von 9 m².

Split-Hopkinson-Bar-Anlage

Untersuchungen von Kurzzeiteffekten auf Betone und Erdmaterial (Triaxialversuch an Bodenproben).

: Split-Hopkinson-Bar

: Druckkammer Triaxialversuch

Betonlabor

Fertigung von Sonderbetonen: UHPC bis Druckfestigkeit 200 MPa, Polymerbeton (spezifisches Gewicht 0,9 g/cm3 zur Stoßwellendämpfung), SIFCON bis Zugfestigkeit 30 MPa, DUCON für maximale Duktilität (hohe Druck- und Zugfestigkeit).