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Projekt
Polymorphe Unschärfemodellierung, Auswertung und Quantifizierung flüssigkeitsgesättigter Böden und Erdbauwerke
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Katja Ickstadt; Professor Dr.-Ing. Tim Ricken
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung seit 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312860381
Bei der Bemessung und Bewertung von Erdbauwerken liegen die Hauptschwierigkeiten weniger in der Bereitstellung geeigneter physikalisch-deterministischer Berechnungsmodelle, sondern in dem Umgang mit unscharfen Daten bezüglich Materialparameter, Anfangs- und Randwertbedingungen. Hierzu werden effiziente numerische und probabilistische Werkzeuge benötigt. Bei Erdbauwerken erschwert das gekoppelte nichtlineare Verhalten des Bodens und die zeitlich veränderliche Mikrostruktur z. B. bei Erosionsprozessen zusätzlich eine zuverlässige Bemessung. Die Folgen sind unvorhergesehenen Schäden oder unwirtschaftlichen Auslegungen. Ziel des Projektes ist folglich die Entwicklung numerischer und probabilistischer Methoden für den verbesserten Entwurf von Strukturen mit unscharfen Daten für Erdbauwerke und Böden. Die polymorphen Unschärfen (PU) resultieren dabei aus der Unschärfe in den Materialparametern, Ungewissheit oder Unvollständigkeit der Anfangs- und Randwertbedingungen und Ungenauigkeit der Modellierung und numerischen Berechnung.Das multi-physikalische Boden-Antwortverhalten wird in diesem Projekt über die Theorie poröser Medien (TPM) beschrieben und im Rahmen der Finite Elemente Methode (FEM) für spezifische Anfang-Randwert-Probleme numerisch ausgewertet. Als Erweiterung zur ersten Antragsphase wird das Modell zur Beschreibung typischer Bodenversagensmechanismen um die Phänomene der nicht-linearen Dehnungsanteile, Plastizität und Erosionsprozesse erweitert. Als repräsentative Benchmark-Studien werden tektonische Störungen sowie der hydraulische Grundbruch untersucht.Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Antragsphase des SPP1886 soll die variationelle Sensitivitätsanalyse (VSA) für die TPM und ihre gut interpretierbare Auswertung durch die lokale und globale Einflussanalyse als a priori Wissen für probabilistische Methoden verwendet werden. Damit kann eine Verbesserung im Rahmen der Bayesianischen Sensitivitätsanalyse erzielt werden. Des Weiteren soll der zu untersuchende Parameterraum bei einer Monte-Carlo (MC) Analyse durch die VSA im Vorfeld erheblich reduziert werden.Zusätzlich wird die Fuzzy Arithmetik verwendet, um epistemische Unschärfen adäquat zu modellieren. Die Vereinigung aller Ansätze soll ihre Stärken verbinden und ein ganzheitliches Modell für die PU Quantifizierung zur Verfügung stellen.Die Recheneffizienz soll durch den Kriging Ansatz verbessert werden, ein Metamodell das die Anzahl der für eine Analyse notwendigen Auswertungen reduziert. Die einzelnen Auswertungen werden dabei über eine Modellreduktionsmethode (MOR) mit der diskreten empirischen Interpolationsmethode (DEIM) beschleunigt.Abschließend soll ein einheitliches digitales Werkzeug erstellt werden, welches flexibel und effizient zur Entscheidungsfindung bei unscharfen Daten für den numerischen Entwurf von Erdbauwerken genutzt werden kann. Hierfür müssen Schnittstellenproblematiken zwischen den unterschiedlichen Programmen und Programmiersprachen gelöst werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
