Numerische Homogenisierung und Mehrskalenmodellierung mit bildgebenden Verfahren zur Analyse des Tragverhaltens von Schalenstrukturen
Ansprechpartner: S. Klinkel, L. Mester
Das Teilprojekt C03 im Rahmen des SFB/TRR 280 befasst sich mit dem In-silico-Design dünner, gekrümmter Schalentragwerke aus Carbonbeton mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Hinsichtlich der Effizienz eignen sich hierzu insbesondere Schalenelemente. Im Rahmen des Teilprojekts wird ein numerisches Mehrskalenmodell entwickelt, das durch Homogenisierung eines an die Schalenkinematik angepassten, repräsentativen Volumenelements (SRVE) die Modellierung der Carbonbewehrung und die Verwendung von 3D-Materialgesetzen zulässt. Um geometrische sowie physikalische Nichtlinearitäten zu berücksichtigen, wird die Berechnung im Rahmen einer gekoppelten Mehrskalenmodellierung durchgeführt (FE2-Methode)
Um den numerischen Aufwand zu reduzieren, wird eine Formulierung auf Basis der Scaled-Boundary-Finite-Element-Method (SBFEM) verwendet. Die Geometrien werden mit NURBS-basierten Ansatzfunktionen beschrieben. Somit ergibt sich eine isogeometrische Analyse für skalierte Ränder (SBIGA).
Zur Erstellung sowie Validierung des Modells werden bildgebende Verfahren verwendet. Aus den CT-Daten werden mit Hilfe von Level Set- bzw. Marching-Cube-Algorithmen die Oberflächenbeschreibung der Carbonrovings sowie des Betons extrahiert. Mithilfe der zuvor genannten Elementformulierung ergibt sich ein numerisches Abbild der Struktur.
https://www.sfbtrr280.de/forschung/projektbereich-c/teilprojekt-c03/