Mehrskalenmodellierung und polymorphe Unschärfe im Entwurf von verstärkten Betonstrukturen
Zusammenfassung der geplanten Projektinhalte unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus der ersten Bearbeitungsphase
In der zweiten Förderphase des Teilprojekts stehen zum Einem die Berücksichtigung zeitabhängiger Einwirkungen und Widerstände und zum Anderen die Fortentwicklung der mechanischen Modellierung eines mesokopischen repräsentativen Volumenelements (RVE) für Beton im Fokus. Zeitabhängige Belastungsprozesse erfordern neue effiziente Unschärfequantifizierungs-Methoden für stationäre bzw. instationäre stochastische oder Fuzzy-Prozesse. In Folge der Zeitabhängigkeit der Strukturanalyse steigt sowohl der numerische Aufwand als auch die Komplexität der Unschärfequantifizierung. Geeignete Reduktionsmethden sollen entwickelt und untersucht werden um die Quantifizierung von Unschärfe und die Berechnung der repräsentativer Maße der Strukturanalyse zu entkoppeln.
Das mechanische Verhalten des Beton-RVE und die Interaktion der einzelnen Heterogenitäten wird realitätsnäher modelliert. Der Modellgenerator der geometrisch unscharfen RVEs wird um Bewehrungselemente aus Stahl und biaxiale Gelestrukturen erweitert, und die Interaktion mit der umgebenden Zementmatrix durch Coulomb-Reibung und Schadensevolution der Interface-Schicht angenommen. In der ersten Förderphase des Teilprojekts, wurde das konstitutive Verhalten des RVEs mit Numerischen Materialtests und Rekurrenten Neuronalen Netzen mit Long-Short term memory Zellen approximiert und auf Strukturebene als unscharfe Materialtangente eingesetzt. Neben Gated Recurrent Units werden datengetriebene Lösungsmethoden hinsichtlich ihrer Eignung im Rahmen der numerischen Mehrskalensimulation untersucht und verglichen. Spezieller Fokus liegt auf der Erweiterung sowohl der Machine-Learning-basierten als auch datengetriebenen Verfahren für eine präzise Prognose zeitabhängiger unscharfer Strukturantworten des RVEs. Vorgelagert erfolgt die Entwicklung adaptiver Sampling-Methoden (Ensemble-Learning, Spce-Filling, usw.) für beide Approximationsverfahren.
Der entwickelte Ansatz der unscharfer Mehrskalensimulation von Betonstrukturen wird im Kontext der Formoptimierung robuster Tragstrukturen zur Anwendung kommen. Ziel der unscharfen Analyse ist die Identifikation und Bewertung der Robustheit eines Entwurfs über einen vordefinierten Nutzungszeitraum.
Wesentliche Projektinhalte
- realitätsnahe geometrische und mechanische Modellierung eines bewehrten Beton-RVEs
- Unschärfequantifizierung unter Beachtung von zeitlich veränderlichen Einwirkungen und Strukturantworten
- adaptive Sampling-Methoden für ML und datengetriebene Approximation der effektiven Größen
- formbasierte Robust Design Optimization (RDO) * realistic geometric and mechanical modelling of a reinforced concrete RVE
- uncertainty quantification considering time-dependent loadings and structural responses
- adaptive sampling methods for ML and data-driven approximation of effective RVE quantities
- shape-based Robust Design Optimization (RDO)
Dipl.-Ing. Selina Zschocke
TU Dresden
Fakultät Bauingenieurwesen
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke