LFU:online

Nach erfolgreichem Abschluss dieser Lehrveranstaltung (LV) sind die Studierenden in der Lage voll gekoppelte numerische Festigkeitsberechnungen für fluidgefüllte poröse Medien unter Verwendung eines FE-Programmsystems durchzuführen.

Im Allgemeinen ist es im Ingenieurwesen ausreichend in Festigkeitsanalysen das Materialverhalten durch geeignete Spannungs-Dehnungsbeziehungen zu beschreiben. In manchen Fällen müssen aber zusätzliche physikalische Einflüsse sowie Wechselwirkungen zwischen solchen Einflüssen berücksichtigt werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um Änderungen der Temperatur, des Feuchtigkeitsgehalts oder chemische Prozesse handeln. Modelle, die Kopplungseffekte zwischen verschiedenen Prozessen berücksichtigen, werden als Mehrphasenmodelle bezeichnet. In der LV werden insbesondere Mehrphasenmodelle mit Anwendungen für wassergesättigte und teilgesättigte Böden behandelt. Diese werden dabei als poröse Materialien, die aus einer festen, flüssigen und gasförmigen Phase bestehen, modelliert. Anwendungen umfassen z.B. die numerische Berechnung von Setzungen zufolge Absenkens des Grundwasserspiegels. Die in der Lehrveranstaltung erworbenen Kenntnisse sind eine Grundlage dafür, die gebaute Infrastruktur sicher (Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit), widerstandsfähig (z.B. Dauerhaftigkeit) und nachhaltig (z.B. effizienter Einsatz von Ressourcen) zu gestalten.

Im Vorlesungsteil der LV werden anhand der zur Verfügung gestellten Unterlagen die theoretischen Grundlagen zur Berechnung von Mehrfeldproblemen mit der FEM erläutert. Dies beinhaltet eine Einführung zu gekoppelten Problemen, zur Strömungsberechnung auf verformbaren Gebieten und zur Theorie poröser Medien. Weitere Schwerpunkte sind die Behandlung von konstitutiven Gesetzen für poröse Mehrphasenmaterialien sowie die Themen Variationsformulierung und FE-Diskretisierung für Mehrphasenmodelle. Im Übungsteil wird der in der Vorlesung behandelte Stoff an praktischen Problemstellungen vertieft. Dazu werden Beispiele in Form von Übungsprogrammen mittels eines FE-Programms in Kleingruppen bearbeitet. Die Berechnungsergebnisse werden in einem Bericht dokumentiert und interpretiert. Die Themen der Übungsbeispiele beziehen sich auf Festigkeitsprobleme wie sie häufig bei geotechnischen Aufgabenstellungen auftreten.

Vorlesungsteil: Mündliche Prüfung
Übungsteil: Beurteilung eines technischen Berichts

• Buchempfehlung: R. W. Lewis, B. A. Schrefler, The Finite Element Method in the Static and Dynamic Deformation and Consolidation of Porous Media, Wiley (1998)
• Skriptum: Zusätzliche Unterlagen werden im OLAT zur Verfügung gestellt.

Es wird dringend empfohlen, vor dem Besuch dieser LV (oder parallel dazu) die VO und UE aus „FEM – Lineare Festigkeitsanalysen“ und „FEM – Nichtlineare Festigkeitsanalysen“ zu absolvieren.