Numerische Simulationen zum mehraxialen Schädigungsverhalten von Beton mit Hilfe der Methode der Diskreten Elemente
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) ist eine neue, alte Methode, beruhend auf den Newtonschen Axiomen, praktikabel geworden durch die rasante Entwicklung der Rechentechnik in den vergangenen fünfzig Jahren. Es handelt sich um eine einfach zu beschreibende, vielfältig einsetzbare, aber rechenintensive Methode. Die Methode ermöglicht es, mit vergleichsweise geringem Programmieraufwand spektakuläre Ergebnisse zu erzielen. Die Notwendigkeit zur Lösung schwach besetzter großer linearer Gleichungssysteme entfällt ebenso wie eine komplizierte Netzgenerierung, die Assemblierung von Systemmatrizen und die damit verbundenen, aufwändigen Optimierungsstrategien. Die Methode der Diskreten Elemente gehorcht implizit streng jenen - stets gültigen - Energieprinzipien, auf die sich andere Methoden wie die Methode der Finiten Elemente bei Herleitungen explizit berufen, während sie tatsächlich lediglich mit Näherungen für (sehr) kleine Verformungen arbeiten. Bei entsprechender Auslegung lassen sich alle an der Simulation beteiligten Elemente als materielle Bestandteile oder beruhend auf der Wechselwirkung materieller Bestandteile auffassen. Kontaktelemente oder gar geeignet platzierte Risselemente werden nicht benötigt. Risse äußern sich durch die Abwesenheit von Materie. Das Phänomen der Überadditivität ist in Partikelsimulationen von vornherein angelegt. Partikelmethoden eignen sich daher hervorragend zum modellhaften Studium komplexer Systeme. Die Parameteridentifikation und Parameteranpassung von Diskrete-Elemente-Modellen gestalten sich schwierig, sobald die Gültigkeit des Superpositionsprinzips nicht mehr gegeben ist. Dies ist jedoch kein Mangel der Methode, sondern Folge von Interaktion und Überadditivität. Die Methode eignet sich hervorragend zur Generierung virtueller Probekörper und zum Pre-processing im Zusammenwirken mit anderen Simulationsmethoden. Visualisierungen der mit Partikelmethoden erhaltenen Ergebnisse sind von hohem anschaulichem und didaktischem Wert. Die Methode ist sehr flexibel, so dass die Simulationsergebnisse bei entsprechender Parametergestaltung keiner künstlichen Überhöhung bedürfen. Die Methode der Diskreten Elemente ist eine entdeckende Methode. Sie besitzt - wie jede andere Methode - Methodencharakter, die auf ihrer Grundlage entwickelten Modelle - wie alle Modelle - Modellcharakter.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Viel-Teilchen-Simulationen zum mehraxialen Schädigungsverhalten von Beton. Beiträge zur 1. DAfStb-Jahrestagung mit 54. Forschungskolloquium in Bochum, 07.-08.11.2013, Ruhr-Universität Bochum, 2013, S. 365–370
Reischl, D. S.
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Virtual Concrete Specimens: Discrete Element Simulations of the Quasistatic and Dynamic Material Behavior and Failure Mechanisms of Concrete and Mortar. IV International Conference on Particle-based Methods – Fundamentals and Applications (PARTICLES 2015), 28.–30.09.2015, Barcelona, Spanien, S. 367–378
Reischl, D. S. & Curbach, M.
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Virtual Concrete Specimens – A Discrete Element Approach to the Generation of Densely Packed Ensembles of Virtual Aggregates. In: Prof. of 5th International Conference on Particle-based Methods, Fundamentals and Applications (PARTICLES 2017), 26.-28.9.2017 in Hannover, 2017
Reischl, D. S. & Curbach, M.
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A comparative study of machine learning approaches for modeling concrete failure surfaces. Advances in Engineering Software, 116, 67-79.
Reuter, Uwe; Sultan, Ahmad & Reischl, Dirk S.
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Diskrete-Elemente-Simulationen zum mehraxialen Schädigungsverhalten von Beton, Dissertation, Technische Universität Dresden, 2021, 575 Seiten
Reischl, Dirk Sören
