Browsing by Author "Zöllner, Frank"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Implementierung und Anwendung netzfreier Methoden im Konstruktiven Wasserbau und in der Hydromechanik
(2009) Zöllner, Frank; Giesecke, Jürgen (Prof. em. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h.)
Die gängigen, heute in Forschung und Ingenieurpraxis verbreitet Anwendung findenden numerischen Methoden, beispielsweise die Methode der Finiten Elemente (FEM) oder der Finiten Volumen (FVM), basieren auf einem Rechennetz. Die Erzeugung dieses Rechennetzes stellt trotz des hohen Entwicklungsstandes heute erhältlicher Softwarepakete oft denjenigen Teil einer numerischen Analyse dar, der die meiste Bearbeitungszeit in Anspruch nimmt. Zwar stehen heute hoch entwickelte automatische Netzgeneratoren zur Verfügung, jedoch liefern diese bei komplizierten Geometrien häufig kein zufrieden stellendes Ergebnis, womit das erhaltene Rechennetz einer intensiven Nacharbeit bedarf. Insbesondere bei sich dynamisch ändernder Geometrie, beispielsweise im Fortschreiten eines Risses gegeben, fällt dies besonders ins Gewicht, da eine vollständige Neuvernetzung für jeden einzelnen Zeitschritt des Rechenganges erforderlich ist. Eine wirkliche Automatisierung ist dann nicht möglich. Darüber hinaus stellen Teilchenablösungen und wechselnde Material- oder Zustandsübergänge wie zwischen trockenen und benetzten Zonen, wasserbaulichen Problemstellungen inhärent, hohe Hürden für herkömmliche numerische Methoden dar. In gewissem Sinn widerspricht ein starres Rechennetz der Natur einer Flüssigkeit. Damit ist der Einsatz eines hierauf basierenden Verfahrens in Hydromechanik und Konstruktivem Wasserbau eingeschränkt. Die vorliegende Arbeit schlägt Lösungen auf Basis netzfreier Methoden vor. Diese benötigen kein Rechennetz und sind dadurch den genannten Einschränkungen nicht unterworfen. Der im Konstruktiven Wasserbau stets präsenten Interaktion zwischen Festkörper und Flüssigkeit, beispielsweise im Zuge der Standsicherheitsuntersuchung einer Talsperre eine zentrale Rolle spielend, wird durch die Kombination zweier netzfreier Methoden Rechnung getragen: Die Elementfreie Galerkin Methode (EFGM) wurde zur Analyse des Talsperrenkörpers hinsichtlich Verformungen, Spannungen und Rissbildung implementiert und eingesetzt. Betont wird hierbei die numerische Umsetzung bruchmechanischer Vorgänge als Grundlage nach DIN 19700 zu führender Nachweise bestimmter Bemessungssituationen, da die Elementfreie Galerkin Methode hier besondere Vorteile gegenüber der Methode der Finiten Elemente aufweist. Zur Abbildung verbundener hydrodynamischer Prozesse, insbesondere des instationären Wasserdrucks infolge Erdbebens, wurde ein Programmmodul auf Basis der Methode der Smoothed Particles Hydrodynamics (SPH) entwickelt und angewandt. Unter Kombination beider Methoden werden mögliche Ansätze maßgeblicher Talsperren-Nachweise aufgezeigt. Darüber hinaus werden zahlreiche weitere Simulationen vorgestellt, welche das breite Anwendungsspektrum netzfreier Methoden in Konstruktivem Wasserbau und Hydromechanik sowie in allgemeineren Fragestellungen der Mechanik veranschaulichen.