Numerische Simulation von Sprengvorgängen unter Berücksichtigung von Daten- und Modellunschärfe
Die realistische und zuverlässige numerische Simulation von Sprengvorgängen erfordert adäquate Berechnungsmodelle und die Berücksichtigung von Daten- und Modellunschärfe.
Unschärfe bei Sprengung kann objektiver oder subjektiver Natur sein. Objektive Unschärfe tritt im Zusammenhang mit unscharfen Beobachtungen und Messungen auf, während subjektive Unschärfe mit Informationsdefiziten, Meinungen und Einschätzungen verknüpft ist. Der lokale Sprengvorgang führt zu Steifigkeitsreduktion und Bindungszerstörung.
Physikalische Parameter, die diese Folgen einer Sprengung beschreiben, sind i.d.R. nichtdeterministisch, also unscharf. Ebenso sind Einwirkungen auf das Tragwerk als Folge der Sprengung unscharf. Häufig gilt dies auch für Geometrie- und Materialparameter des zu sprengenden Tragwerkes.
Da jede Sprengung außerdem im Sinne der Stochastik ein Einzelereignis ist und gewöhnlich nur eine unvollständige geringe Datenbasis zur Verfügung steht, ist das Problem durch ausgeprägte Datenunschärfe charakterisiert. Zur formalen Beschreibung dieser Datenunschärfe werden neue mathematische Modelle eingeführt.
Das Unschärfemodell Fuzzy-Randomness erlaubt eine verallgemeinerte Unschärfemodellierung, die Randomness und Fuzziness als Sonderfälle enthält. Das Problem ist zusätzlich durch Modellunschärfe charakterisiert, da der Kollapsvorgang als Folge der Datenunschärfe unterschiedlich ablaufen kann.
Modellunschärfe erfaßt die alternativen Kollapsvorgänge als bewertete Menge von Simulationsmodellen. Das Gesamttragwerk wird in starre und flexible Strukturbereiche mit Bindungsrestriktionen unterteilt. Beim Sprengvorgang bildet dieses Modell ein Mehrkörpersystem mit unscharfen Material-, Geometrie- und Einwirkungsparametern, die aus der Nahbereichssimulation übernommen oder direkt vorgegeben werden.
Das zeitversetzte Aufheben von Bindungsrestriktionen führt zu Einsturzmechanismen mit kaskadenförmig ablaufenden Stoß-, Kontakt-, Verformungs- und Bruchvorgängen. Die Einsturzmechanismen sind mit Systemmodifikationen, d.h. Änderung der Systemgeometrie, der Steifigkeiten und der Systemrandbedingungen, gekoppelt.
In der ersten Förderungsphase konnte an Prinzipbeispielen der numerischen Kollapssimulation gezeigt werden, daß die Berücksichtigung von Datenunschärfe zu einem signifikanten Informationszuwachs führt und damit eine umfassendere Beurteilung von Sprengabläufen möglich wird.
Erstes Hauptziel in der zweiten Förderungsphase ist die Weiterentwicklung der Fuzzy-Analysemethode und der fuzzy-probabilistischen Analysemethode. Zweites Hauptziel ist die Entwicklung eines mengentheoretisch begründeten Algorithmus zur Sprengbemessung.
Der Begriff Sprengbemessung beschreibt den Sachverhalt, daß vorgegebenen Restriktionen bestimmte Eingangsgrößen (z. B. Zündzeitfolge oder A-priori-Steifigkeitsreduktion) zugeordnet werden können.