"Arbitrary Lagrangian-Eulerian" Formulierung für Finite Elemente zur Simulation von Eindringvorgängen in Sandböden

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Verschiedene Herstellungs- und Erkundungsverfahren der Geotechnik können auf die Problematik des Eindringens pfahlartiger Körper in Böden zurückgeführt werden, welche durch ein komplexes Zusammenspiel von großen lokalen Verformungen, inelastischem Materialverhalten, frei verschieblichen Oberflächen und sich bewegenden Materialberandungen sowie wechselnden Kontaktbedingungen charakterisiert wird. Verwendet man zur Ermittlung der Spannungs- und Dichteänderungen im Boden die Finite Elemente Methode, so ist die Art der Diskretisierung von entscheidender Bedeutung. Die Verschmelzung des Elementnetzes mit dem Material (Lagrange Formulierung) oder die Wahl des Elementnetzes als raumfestes System (Euler Formulierung) stellen nur bedingt geeignete Herangehensweisen dar. Durch die Entkopplung von Material und Netz mittels eines weitestgehend frei wählbaren Referenzgebiets gelingt es der Arbitrary Langrangian-Eulerian (ALE) Formulierung, die finiten Elemente kontinuierlich zu entzerren, ohne auf sich bewegende Berandungen verzichten zu müssen. Beruhend auf der ALE Finite Elemente Formulierung, die bereits in der Fluidmechanik und auf anderen Gebieten der Strukturmechanik erfolgreich eingesetzt wird, soll im Forschungsprojekt unter Einbeziehung eines hypoplastischen Stoffgesetzes für den Boden ein Simulationsmodell entwickelt werden. Das Simulationsmodell wird anhand von Modellversuchen mit dem Ziel validiert und erprobt, die bodenmechanischen Vorgänge während der Eindringung pfahlartiger Körper in Sand wirklichkeitsnah abzubilden. Durch geeignete Parametervariationen sollen anschließend Bemessungsdiagramme für eingepresste Pfähle für die baupraktische Anwendung entwickelt werden.