Adaptive Koppelung von Simulationsmethoden

Für Simulationen im Ingenieurwesen werden grundsätzlich drei Methoden verwendet: die Methode der Randelemente (BEM), die Methode der finiten Elemente (FEM) und die Methode der diskreten Elemente (DEM). Die Wahl der Methode hängt vom Materialverhalten (z.B. entweder elastisches oder visco-plastisches, Kontinuum oder Diskontinuum) ab. Da dieses sich gebietsweise ändern kann scheint der beste Ansatz eine Kombination von mindestens zwei der oben erwähnten Methoden zu sein. Das Ziel des Projekts ist es ein Simulationsansatz zu entwickeln, welcher die Kombination der verschiedenen Methoden mit Hilfe eines adaptiven Algorithmus erlaubt. Dabei sollen die Gebiete, in denen die verschiedenen Methoden angewendet werden automatisch bestimmt werden. Das entwickelte Simulationsprogramm soll - von einer elastischen Randelementanalyse ausgehend - in der Lage sein Gebiete zu identifizieren in denen visko-plastisches oder diskontinuierliches Materialverhalten erwartet wird. Diese Gebiete werden dann automatisch mit finiten oder diskreten Elementen vernetzt. Es ist geplant das entwickelte Simulationsprogramm auf zwei praktische Beispiele in der Geomechanik anzuwenden: Die Berechnung des sequentiellen Tunnelvortriebs, wobei für Bereiche nahe der Tunnelausbruchsfläche diskontinuierliches Verhalten berücksichtigt wird und die Berechnung der Stabilität einer Bohrlochverzweigung in der Erdölindustrie. Die Entwicklung wird durch die Bereitstellung eines am Institut entwickelten Randelementprogramms (BEFE++) wesentlich beschleunigt. Die Arbeit kann als Weiterentwicklung des FWF Projekts P15523-No7 "Numerische Simulation des Tunnelvortriebs mit der Methode der Randelemente" gesehen werden.