Forschung am IMF © IMF

Forschung

Textilmembrane und Blutgefäße, faserbewehrter Beton und Autobleche - diese komplexen Materialien spielen am Institut eine große Rolle. Für deren Computersimulation werden am Institut numerische Methoden entwickelt, die die mehrskalige Funktionsweise der Materialien berücksichtigen. Die Forschungsprojekte am Institut gliedern sich in die folgenden fünf Forschungsfelder:

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Forschungsfelder

Forschung

Zentrale Forschungsfelder sind zum einen die Biomechanik weicher biologischer Gewebe und zum anderen die Simulation und Modellierung mikro-heterogener Materialien. Überdies werden grundlegende Fragestellungen zu Strukturen unter dynamischen Beanspruchungen behandelt.
Im Bereich der Biomechanik werden Materialgesetze für die Beschreibung des anisotropen und inkompressiblen Materialverhaltens entwickelt, die mikroskopische Schädigung im supra-physiologischen Belastungsbereich sowie wachstumsbasierte Eigenspannungen und Faserremodellierung berücksichtigen. Weitere Themen sind die patientenspezifische Simulation atherosklerotischer Arterien und die Entwicklung von Methoden zur computergestützten Diagnose erkrankten Herzgewebes. Die Modellierung mikro-heterogener Materialien erfolgt zum Teil mit Hilfe phänomenologischer Modelle, z.B. für Textilmembrane im Bauwesen. Spezieller Fokus hierbei ist die Analyse verallgemeinerter Konvexitätsbegriffe zur mathematischen Absicherung der Modelle. Ein weiterer großer Teil bei der Simulation mikro-heterogener Materialien behandelt die Weiterentwicklung von Methoden auf Basis direkter Skalenübergänge im Rahmen der computergestützten Homogenisierung. Wichtige Materialklassen, die hier genauer untersucht werden, sind Mehrphasenstähle und faserbewehrte Betone. Neben quasi-statischer Prozesse, werden dynamische Effekte wie Wellenausbreitung und der damit verbundenen Dissipation auf Mikroskala modelliert. Auf dem Gebiet der Kontinuumsdynamik treten Themen wie die Wellenausbreitung in heterogenen Materialien oder der Einfluss nichtmaterieller Randbedingungen in den Fokus der Forschung. Als Einwirkungen werden dabei neben allgemein zeitabhängigen Belastungen speziell zeitharmonische Anregungen und Impaktvorgänge berücksichtigt. Ein weiteres großes Forschungsfeld betrifft die Entwicklung numerischer Methoden für mechanische Problemstellungen, z.B. neue Finite-Elemente Formulierungen oder Approximationsverfahren für tensorwertige Ableitungen. Eher neu ist die Berücksichtigung der Unsicherheitsquantifizierung im Zusammenhang mit der numerischen Berechnung optimaler Grenzen von Versagenswahrscheinlichkeiten. Neben der Übertragung aktueller Forschungsergebnisse in die Lehre ist die Fachdidaktik der Ingenieurwissenschaften selbst auch Gegenstand der Forschung. Ziel ist es hierbei unter anderem, den Studienerfolg Studierender nachhaltig zu vergrößern und auf diese Weise persönliche sowie gesellschaftliche Ressourcen zu schonen.
Von zentraler Bedeutung für die Forschung innerhalb des Instituts ist der interdisziplinäre Charakter, der sich auch durch Kooperationen mit Partnern anderer Disziplinen, wie der Biologie, Medizin, Mathematik und Psychologie zeigt.