Fehlerschätzung und Adaptivität in der "Discontinuity Layout Optimization"
Laufzeit
1.10.2013-30.9.2016
Inhalt
“Discontinuity layout optimization” (DLO) hat sich zu einer leistungsfähigen Methode zur Berechnung von Kollapslasten und –mechanismen von Strukturen entwickelt. So wurde DLO kürzlich für die Untersuchung des Verhaltens von Ziegelmauerwerk sowie geotechnische und lastabtragende Strukturen angewendet. Nichtsdestotrotz wurden bei der DLO im Gegensatz zu anderen numerischen Methoden, wie z.B. der finiten Elemente Methode, bei der Verfeinerung der zu Grunde gelegten Diskretisierung nicht notwendiger Weise verbesserte Ergebnisse erzielt. So führte die Verfeinerung der Diskretisierung zur Ausbildung von so-genannten Zick-Zack Versagensmechanismen, die wiederum künstlich erhöhte Versagenslasten mit sich brachten.
Zur Verbesserung dieser Situation sollen im Rahmen des gegenständlichen Forschungsprojektes Fehlerschätzung und adaptive Methoden in die DLO implementiert werden. Diese Erweiterung der DLO ermöglicht (i) die Vorgabe einer nutzerdefinierten Genauigkeit der zu erwartenden Ergebnisse und (ii) eine Minimierung des hierfür erforderlichen Rechenaufwandes. Im Rahmen des gegenständlichen Projektes sollen gängige Fehlerschätzer, die bereits in anderen numerischen Verfahren verwendet werden, untersucht und hinsichtlich der Anwendung auf die DLO adaptiert werden. Im Zuge der Fehlerschätzung sollen verbesserte Lösungen z.B. durch den Einsatz von Glättungsalgorithmen gewonnen werden. Aufbauend auf den geschätzten Fehlers können die verwendeten Diskontinuitäten (Diskretisierung bei der DLO) hinsichtlich des Erreichens einer nutzerdefinierten Genauigkeit der Ergebnisse adaptiert werden.
Die zu entwickelnde Fehlerschätzung und Adaptivität im Rahmen der DLO soll in eine 3D Formulierung der DLO eingebettet werden, wodurch die Anwendung der DLO auf dreidimensionale geotechnische Probleme und schlussendlich auf Materialsysteme, die durch eine Matrix-Einschluss Morphologie gekennzeichnet sind, möglich wird. Die Vorteile der zu erwartenden Ergebnisse sind zweifach: Auf der einen Seite erlaubt die zu entwickelnde Methode einen Einblick in die Qualität der erhaltenen Ergebnisse und bietet Möglichkeiten diese zielorientiert zu verbessern. Auf der anderen Seite macht die fehlergestützte Adaptivität die Anwendung der DLO auf Materialsysteme erst möglich. Ohne die geplante Elimination inaktiver Diskontinuitäten und durch Verwendung einer gleichmäßigen Verfeinerung der Diskretisierung – die nicht notwendiger Weise zu besseren Ergebnissen führt – ist die 3D Berechnung von Materialsystemen derzeit nicht möglich.
Mit der geplanten adaptiven Berechnungsmethode soll sich ein breites Spektrum an Forschungsinitiativen mit dem Fokus auf Versagenslast und -mechanismen von Strukturen und Materialsystemen öffnen. In Bezug auf Materialsysteme können fundamentale Eigenschaften der Festigkeit, wie z.B. die beobachtbare Streuung der Parameter sowie der positive Effekt von Füllstoffen und Fasern, untersucht werden.
