Effiziente FEM-Diskretisierungstechniken und Schnelle Löser für gekoppelte Feststoff-Fluid Probleme in geotechnischen Herstellungsprozessen auf der Basis der Theorie Poröser Medien (TPM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Markert; Professor Dr. Stefan Turek
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau ; Mathematik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 151738134

Im Rahmen des beantragten Projektes sollen für geotechnische Herstellungsprozesse effiziente numerische Diskretisierungs- und Lösungstechniken für dynamische Konsolidierungen entwickelt, analysiert und prototypisch implementiert werden. Die zugrunde liegenden Modelle der Theorie Poröser Medien (TPM), die eine Kopplung der fluiden Phase mit Modellen für das Korngerüst und mit speziellen Stoffgesetzen (hypoplastisch, elastoplastisch) erfordern, sollen mit speziellen FE-Techniken diskretisiert und gelöst werden, die die LBB-Stabilitätsbedingung, wie auch Stabilisierungsansätze für singulare Effekte durch Transportoperatoren (z.B. in den konvektiven Jaumann-Operatoren wie auch bzgl. der Massenkonvektion für Granulat und Wasser) berücksichtigen und die für adaptive Gitteranpassung wie auch mehrphasige Erweiterungen und Fluid-Struktur-Interaktion geeignet sind. Insbesondere soll das vorliegende mathematische Fachwissen zur effizienten numerischen Behandlung von CFD-Problemen auf geotechnische Herstellungsprozesse mit fluidgesättigten Medien übertragen werden.In Zusammenarbeit mit Partnern aus den Ingenieur- und Geowissenschaften, insbesondere Prof. Ehlers/Stuttgart (Modellierung, FEM-Simulation) und Prof. Triantafyllidis/Karlsruhe (Stoffmodelle, Experimente) sollen die numerischen Techniken und die in der Open Source FEM-Software FEATFLOW realisierten Softwarewerkzeuge validiert und anhand numerischer und experimenteller Benchmarks mit vorhandener Software (ABAQUS, ANSYS) evaluiert werden. Zentrale Aspekte auf numerischer Seite sind dabei explizite vs. implizite Zugänge, Eulersche vs. Lagrangesche Betrachtungsweisen bzgl. der konvektiven Terme, monolithische vs. Operator-Splitting Ansätze und Einsatzmöglichkeiten hocheffizienter Diskretisierungs- und Lösungsverfahren und (paralleler) HPC-Techniken vor allem für dynamische 3D-Konfigurationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen