Entwicklung und Analyse von Methoden zur Identifikation von korrelierten Parametern in Mehrfeldproblemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Carsten Könke; Professor Dr. Tom Lahmer
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264166740

Die Bewertung der Standsicherheit von Bauwerken, die sowohl durch Strömungskräfte als auch durch Temperatur- und mechanische Lasten beansprucht werden, zum Beispiel Talsperren, stellt aufgrund der Interaktionseffekte zwischen den einzelnen Feldproblemen ein hoch komplexes Problem dar. Die Lebensdauerbewertung solcher Bauwerke ist oft mit der Frage des aktuellen Schädigungszustands verknüpft.Für existierende Tragwerke stellt sich somit die Frage, wie vorhandene Risse oder Schäden mit möglichst großer Präzision über einen modellbasierten Ansatz identifiziert werden können. Ein mögliches Szenario wäre, dass für ein neu errichtetes Bauwerk parallel ein (validierbares und kalibriertes) Modell entwickelt wird. Nach einigen Jahren der Gebrauchszeit und insbesondere nach Extremereignissen wie Erdbeben oder Überflutungen, können Risse oder Schäden im Inneren des Baukörpers entstanden sein. Diese gilt es aus Messungen eines überschaubaren Zeitfensters (z.B. ein Monat) und dem Abgleich über das vorliegende Modells zu detektieren. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, Methoden zu entwickeln und zu analysieren, die während der Identifikation auf mögliche Korrelationen der maßgeblichen Parameter (z.B. zur Schädigungsmodellierung) in einem Mehrfeldsystem eingehen können. So ist beispielsweise im Falle der Schädigung einer Staumauer von einer lokal erhöhten Durchlässigkeit zeitgleich mit einer verminderten Steifigkeit auszugehen. Solche Korrelationen können explizit für Identifikationsprobleme genutzt werden, um die Konfidenz in die ermittelten Größen zu erhöhen. Für die konkrete Anwendung der Schädigungsidentifikation sollen Risse oder Schäden mit Hilfe der eXtended Finite Element Methode (XFEM) abgebildet werden. Die XFEM hat sich insbesondere bei inversen Fragestellungen bewährt, da während der Identifikationsergebnisse keine Neuvernetzung der Rechengebiete notwendig ist.Die zu entwickelnde Methodik hat allgemeinen Charakter und kann auf alle Mehrfeld-Identifikationsprobleme in den Ingenieur- und Naturwissenschaften, bei denen Korrelationen zwischen den Eingangsparametern bekannt sind oder zumindest abgeschätzt werden können, angewandt werden, z.B. der Piezoelektrik, Magnetoelektronik oder Thermomechanik. Die in diesem Antrag vorgeschlagenen Forschungspunkte beinhalten die Entwicklung und Analyse von mathematischen Methoden zur Parameterbestimmung im Mehrfeldkontext und die Validierung der Methoden anhand vorliegender Messdaten von realen Bauwerken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen