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Physikorientierte Löser für Multi-Netzwerk-Poromechanik

Fachliche Zuordnung Mathematik
Förderung Förderung von 2021 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456235063
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die klassische Biot-Theorie liefert die Grundlage für ein vollständig dynamisches Poroelastizitätsmodell, das die Ausbreitung von elastischen Wellen in flüssigkeitsgesättigten porösen Medien beschreibt. Die Theorie der Multi-Netzwerk-Poroelastizität (MPET) berücksichtigt dabei, dass die elastische Matrix von einem oder mehreren miteinander wechselwirkenden Fluidnetzwerken mit möglicherweise sehr unterschiedlichen Eigenschaften durchdrungen sein kann. Biologische Multikompartiment-Poroelastizitätsmodelle können zur Einbettung spezifischerer medizinischer Modelle verwendet werden, z. B. zur Beschreibung von Flüssigkeitsströmungen und dem Abtransport von Stoffwechselabfallprodukten im zerebralen Umfeld. Der Schwerpunkt dieses Projekts lag auf physikorientierten Lösern für quasistatische und dynamische MPET-Modelle. Unter Lösern sollen hier kombinierte Diskretisierungs- und iterative Lösungsverfahren verstanden werden. „Physikorientiert“ soll bedeuten, dass Formulierungen verwendet werden, die angemessen sind, um die Physik des untersuchten Problems möglichst korrekt zu beschreiben. Des Weiteren wurden Diskretisierungen gewählt, welche die spezielle (differentiell-algebraische) Struktur des Problems erhalten und damit physikalische Gesetzmäßigkeiten wie Energiedissipation sowie Massen- und Impulserhaltung korrekt wiedergeben. Schließlich wurden geeignete iterative Lösungsverfahren entwickelt bzw. so angepasst, dass diese mit dem Diskretisierungsprozess harmonieren, was zu Hochleistungslösern führte. Die Hauptergebnisse des Projekts waren die Entwicklung und Konvergenzanalyse neuer hybridisierter hybrid-gemischter Finite-Elemente-Methoden höherer Ordnung für die quasistatischen MPET-Gleichungen, der Entwurf neuer parameterrobuster Vorkonditionierer für die resultierenden diskreten Probleme sowie Verallgemeinerungen dieser Diskretisierungen auf das Biot-Brinkman- und das dynamische Biot-Problem. Für letztere Problemklasse wurden variationelle Raum-Zeit-Diskretisierungen vorgeschlagen, deren Konvergenzanalyse in Raum und Zeit detailliert ausgeführt wurde, was auf Fehlerabschätzungen optimaler Ordnung in Raum und Zeit führte. Darüber hinaus wurde eine einfach anwendbare abstrakte Stabilitätsanalyse gestörter Sattelpunktprobleme entwickelt, die eine wichtige Rolle bei Fragen der Wohlgestelltheit, der Konstruktion normaquivalenter Vorkonditionierer sowie parameterrobuster Approximationsresultate für symmetrisch indefinite Probleme liefert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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