Forschungsprojekt numgeo-ACT
Automatische Kalibrierung fortgeschrittener Stoffmodelle der Geotechnik

Forschungsprojekt : numgeo-ACT

Projektbezeichnung Automatische Kalibrierung fortgeschrittener Stoffmodelle der Geotechnik
Akronym numgeo-ACT
Projektpartner
Laufzeit seit 2021, fortlaufend
Projektinhalt
Die nachhaltige und gleichzeitig wirtschaftliche Umsetzung der Energie- und Mobilitätswende sowie die sichere Verwahrung von Bergbaunebenprodukten sind durch aktuelle Bemessungs- und Planungsmethoden nicht ausreichend abgedeckt und stellen geotechnische Ingenieur:innen in Deutschland, aber auch weltweit, vor große Herausforderungen. Beispiele hierfür sind die wirtschaftliche und die gesamte Lebensdauer sowie den Rückbau und das Recycling bzw. das Repowering umfassende Planung von Windenergieanlagen auf See sowie die Gewährleistung der Sicherheit gegen Versagen von Tailings. Diese Themen müssen dabei nachhaltig und ganzheitlich betrachtet werden, was durch aktuelle Bemessungs- und Planungsmethoden nur bedingt möglich ist. Ein großes Potential weisen diesbezüglich fortschrittliche numerische Methoden auf.

Die Verwendung numerischer Methoden in der geotechnischen Bemessung steht in Europa vor einem Umbruch: Mit der Einführung des neuen Eurocodes 7 (DIN EN 1997) wird die Nutzung der Finite Elemente Methode (FEM) ausdrücklich zugelassen und geregelt. Gleichzeitig steigt die Bereitschaft der bemessenden Ingenieur:innen zur Nutzung hochwertiger Stoffmodelle zur wirklichkeitsnahen Beschreibung des Bodenverhaltens, sofern dies wirtschaftlich darstellbar und von den Prüfsachverständigen akzeptiert ist. Die Bestimmung der benötigten Modellparameter erfordert jedoch ein hohes Maß an Expertise und ist häufig sehr zeitaufwendig. Um dem zu begegnen, haben wir eine Software zur automatischen Kalibrierung solch fortgeschrittener Stoffmodelle entwickelt, welche auf Basis von Laborversuchen unter Verwendung von heuristischen Optimierungsalgorithmen einen Parametersatz ermittelt. Erste Ergebnisse zeigen, dass dieser in der Robustheit und Prognosefähigkeit Parametersätzen, welche mittels einer klassischen Kalibrierung ermittelt wurden, überlegen ist. Eine zentrale Herausforderung liegt in der stark nichtlinearen und diskontinuierlichen Natur des Optimierungsproblems.

Dieses Projekt schafft die notwendigen Rahmenbedingungen, damit in der geotechnischen Bemessung in Zukunft effizient und wirtschaftlich auf aktuellste wissenschaftliche Entwicklungen leistungsfähiger numerischer Verfahren zurückgegriffen werden kann, was unabdingbar für ein sicheres, nachhaltiges und ressourcenschonendes Design ist.

Versuchsfeld Schneeprofil und Brucheigenschaften der Schneedecke

Modellvorstellung Schwachschicht als elastische Bettung

Ingenieur:innen können Schnee als Werkstoff mit Gleichungen