Komplexe Netzwerkanalyse als alternative Perspektive auf die nichtlineare Dynamik großer mechanischer Mehrkomponenten-Strukturen: Entwicklung von neuen Ansätzen für ein besseres Verständnis von technischer Strukturdynamik.

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510246309

Das Ziel dieses Projektes ist es, Methoden aus dem Bereich der komplexen Netzwerk-Theorie in die Analyse großer mechanischer Mehrkomponentenstrukturen und ihrer Dynamik zu integrieren. Die Analyse komplexer Netzwerke ist ein wachsendes Forschungsgebiet, das in vielen verschiedenen Disziplinen wie der Medizin, den Geowissenschaften oder der Strömungsdynamik Anwendung findet. Wir schlagen diesen konzeptionell neuen Ansatz vor, um die aktuellen Herausforderungen in der Analyse mechanischer Systeme anzugehen, indem wir die klassische Sichtweise einer geometrischen Struktur um eine funktionale Netzwerkperspektive ergänzen: Die Struktur wird als ein Netzwerk einzelner Komponenten dargestellt, wodurch das dynamische Zusammenspiel, die treibenden Kräfte sowie die Rolle von Einzel-Komponenten in der Dynamik des Gesamtsystems besser untersucht werden als mit herkömmlichen Methoden. Mit den Werkzeugen der Netzwerkanalyse lassen sich aktuellen Herausforderungen in der nichtlinearen Dynamik mechanischer Systeme auf neue und einfachere Weise bewältigen. Die Ergebnisse dieses Projekts ermöglichen insbesondere (i) die Visualisierung dynamischer Phänomene, die in der hohen Dimensionalität des Systems verborgen liegen, (ii) die Identifizierung emergenter Phänomene, die sich aus dem kollektiven Verhalten von interagierenden Komponenten ergeben, und (iii) die Analyse und das Design mechanischer Systeme, welche durch Werkzeuge der Netzwerkanalyse verbessert werden. Eine netzwerkbasierte Sichtweise auf die Strukturdynamik wird es uns ermöglichen, qualitative Veränderungen im Systemverhalten, wie z.B. Bifurkationen und emergente Phänomene, zu erkennen und vorherzusagen. Funktionale Netzwerkdarstellungen des komplexen dynamischen Systems ermöglichen ein intuitiveres Verständnis der Dynamik des Systems, der ihr zugrundeliegenden Nichtlinearitäten und der dynamischen Beziehungen zwischen den Komponenten und Unterbaugruppen. Diese Sichtweise wird bei der Entwicklung neuer mechanischer Mehrkomponentensysteme von Nutzen sein, da die Ressourcen während des Entwurfsprozesses auf die dynamisch wichtigsten Teile konzentriert werden können. Die Fertigung und das Qualitätsmanagement profitieren von den entwickelten Methoden, wenn es um die Bestimmung von Fertigungstoleranzen oder die Bewertung von Fehlerauswirkungen geht. Auf der Grundlage der vorgeschlagenen komplexen Netzwerkanalyse können zudem Frühwarnmethoden für dynamisch Verhaltens-Übergänge und seltene Ereignisse entwickelt werden, welche für die vorausschauende Instandhaltung von besonderem Interesse sind. Somit können alle Phasen des Produkt-Lebenszyklus von der im Rahmen dieses Projektes entwickelten Netzwerkperspektive auf die Dynamik des Systems profitieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Merten Stender