Die weiterhin aktuelle Thematik der Deponierung von gefaehrlichen Abfallstoffen erfordert die Moeglichkeit, das von diesen Deponien ausgehende Gefaehrdungspotential abschaetzen zu koennen. Zu diesem Zweck wird seit langem an numerischen Simulationsprogrammen gearbeitet, die helfen sollen, die Wirksamkeit der 'natuerlichen Barriere' einzuschaetzen und ausserdem eine Prognose ueber zukuenftige Zustaende abzugeben. In diesem Zusammenhang stehende Forschungsarbeiten im Felslabor 'Grimsel' durch die Bundesanstalt fuer Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) fuehrten zu dem Wunsch, neben der schon bestehenden Moeglichkeit zur Modellierung von Wasser- und Gasstroemungsprozessen auch mehrphasige Verdraengungsprozesse von Gas-Wasser-Stroemungen numerisch simulieren zu koennen. Das zu diesem Zweck von R. Helmig entwickelte numerische Modell verwendet eine Finite-Elemente-Formulierung mit frei koppelbaren 1D-Roehrenelementen (Fliesskanaele), 2D-Scheibenelementen (Kluefte) und 3D-Kontinuumselementen (Felsmatrix). Die beiden Phasen Luft und Wasser werden als nicht mischbare Fluide behandelt, zwischen denen keine Austauschprozesse stattfinden. Die verschiedenen Elementtypen erlauben es, komplexe Geometrien durch sinnvolle Abstraktion in ein diskretes Modell zu ueberfuehren. Das Fliessverhalten im Modell wird bestimmt durch die gegenseitige Behinderung der fliessenden Phasen (Permeabilitaets-Saettigungs-Beziehung) sowie die angesetzten Kapillarkraefte zwischen den Phasen (Kapillardruck-Saettigungs-Beziehung). Dadurch ist es z.B. moeglich, den Effekt einer Kapillarsperre im numerischen Modell zu erfassen. Die Simulation von Mehrphasenstroemungen und speziell Gas-Wasser-Verdraengungen fuehrt jedoch vielfach auf numerische Schwierigkeiten. Bedingt durch die enormen Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der betrachteten Fluide und die starke nichtlineare Kopplung der zugrundeliegenden Differentialgleichungen ergibt sich ein raeumlich und zeitlich stark variierendes Systemverhalten. Durch die nichtlineare Kopplung ist es zudem noetig, die Loesung fuer jeden Zeitschritt iterativ zu bestimmen. Die speziell fuer diese Probleme neu eingefuehrte Relaxationssteuerung ermoeglicht jetzt fuer viele derartige Probleme die Loesung oder beschleunigt den Loesungsvorgang. Dadurch wurde es moeglich, Systeme zu rechnen, bei denen die Ausbildung scharfer Saettigungsfronten sonst zur Instabilitaet des numerischen Verfahrens fuehrte. Die ebenfalls entwickelte Zeitschrittsteuerung ermoeglicht das gleitende Anpassen an die veraenderten Systembedingungen waehrend des Rechenlaufs, wodurch der zugelassene Diskretisierungsfehler in Zeitrichtung und damit der Rechenaufwand gesteuert werden kann. Die Zeitschrttweitensteuerung verbessert insbesondere bei Problemen mit starker zeitlicher Variabilitaet, wie sie z.B. bei der Gas-Wasser-Verdraengung auftreten, erheblich die Rechengeschwindigkeit.
Fuer die Bewertung der Sicherheit und Verfuegbarkeit von Kernkraftwerken sind moderne numerische Berechnungsverfahren (FEM) erforderlich, um die Beanspruchungen und das Versagensverhalten komplizierter Bauteilgeometrien unter komplexen thermomechanischen Belastungen mit realistischen Werkstoffmodellen analysieren zu koennen. Kommerzielle FEM-Systeme werden gerade den besonderen Anforderungen der Bruchmechanik und Schaedigungsmechanik nach neuestem wissenschaftlichen Stand nicht gerecht, so dass weiterhin Eigenentwicklungen der Forschungseinrichtungen notwendig bleiben. Voraussetzung dafuer ist jedoch der Zugang zum Quellcode der FEM-Systeme, der von den Software-Firmen aber nicht mehr gewaehrt wird. Im Rahmen des Vorhabens soll deshalb das bereits mit oeffentlichen Mitteln unter Federfuehrung des ISD Stuttgart entwickelte FEM-System PSU erweitert und ertuechtigt werden, um ein leistungsfaehiges Analysewerkzeug fuer die speziellen sicherheitstechnischen Belange in der Kraftwerkstechnik durch Einbeziehung moderner werkstoffmechanischer Konzepte zu schaffen. Als Ergebnis soll dieses im Quellcode verfuegbare, sehr gut fuer Weiterentwicklungen geeignete und kommerziell unabhaengige FEM-System den Forschungseinrichtungen, Kraftwerksbetreibern und Aufsichtsbehoerden in Deutschland zur Verfuegung gestellt werden.
Zur Untersuchung von Moeglichkeiten einer verstaerkten Grundwasserentnahme sowie der Auswirkungen von Altlasten wird ein Finite-Element-Stroemungsmodell zur Beschreibung der Grundwasserstroemung in zwei Grundwasserstockwerken erstellt. Die Grundwasserstockwerke stehen ueber mehrere hydraulische Fenster sowie ueber eine weniger durchlaessige Zwischenschicht miteinander in Verbindung. Im oberen Grundwasserstockwerk gibt es ausgepraegte Wechselwirkungen mit Oberflaechengewaessern, das untere wird durch Karstwasserzufluesse gespeist. In einer Voruntersuchung sind die hydrologischen Groessen (u.a. die Grundwasserneubildung) ermittelt worden. Nach Abschluss der Modelleichung sind die numerischen Berechnungen von Schadstoffausbreitungen geplant.
Die fuer die Geraeuschentstehung bei Dieselmotoren wichtigen Interaktionen zwischen der Einspritzpumpe, ihrer Halterung auf der Motorblockstruktur und ihrem Antrieb sind wegen der komplizierten Zusammenhaenge noch nicht in allen Details bekannt. Forschungsziel ist die Erklaerung von Geraeuschentstehungsmechanismen mit Einspritzpumpenbeteiligung auf der Basis von Experimenten und Rechenmodellen sowie Erarbeitung von Geraeuschminderungsmassnahmen. Nach der Ermittlung der Geraeuschanteile verschiedener Einspritzpumpen wurden Pumpenbefestigungsorte auf der Motorblockstruktur mit hoher Eingangsimpedanz rechnerisch (FEM) ermittelt. Zur Realisierung des Pumpenantriebs mit derartiger Pumpenbefestigung wird eine Zwischenwelle benoetigt. Schleppuntersuchungen mit blockseitig befestigter, versetzter Einspritzpumpe unter Verwendung einer Zwischenwelle zeigen Pegelreduzierungen von 7 dBA auf Basis von Koerperschallmessungen. Durch die Verwendung der Zwischenwelle wurde das dynamische Verhalten des Stirnradgetriebes und somit seine Akustik verschlechtert. Aus diesem Grund wurden mit Hilfe eines Simulationsprogramms der Antrieb der Einspritzpumpe nachgebildet und Massnahmen zu seiner dynamischen Optimierung bei Verwendung einer Zwischenwelle berechnet. Die Erhoehung des Massentraegheitsmomentes der Zahnraeder zum Beispiel fuehrt zu einem Antriebsgeraeusch, mit dem das Niveau ohne Zwischenwelle erreicht wird. Somit kann das Geraeuschverbesserungspotential durch blockseitige Pumpenbefestigung genutzt werden. Die Forschungsergebnisse fuehren zur Verbesserung des Geraeuschverhaltens von Dieselmotoren durch akustisch optimierte Bauteile wie Einspritzpumpenhalterung/-telstaendischen Maschinenbaus (z.B. Kolbenarbeitsmaschinen, Getriebe, Ventiltriebe und -antriebe) moeglich.
Ziel des Vorhabens ist es, die Stroemungs- und Transportvorgaenge in Stauraumkanaelen unter Einbeziehung verfeinerter Ansaetze der Turbulenzmodellierung zu erfassen und zu beschreiben. Hierzu ist ein mathematisch-numerisches Stroemungs- und Transportmodell auf der Basis der Finite-Elemente-Methode entwickelt worden, das die im System wirkenden physikalischen Prozesse beschreibt und eine breite Variation der moeglichen Betriebszustaende in Simulationsrechnungen erlaubt. Die erforderlichen Modell-Parameter werden ua aus parallel durchgefuehrten experimentellen Untersuchungen an einem Stauraumkanal-Modell mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung ermittelt. Die Validierung des Programmsystems soll in einer realen Fallstudie erfolgen.
Mit dem Forschungsvorhaben wird angestrebt, geeignete Methoden zur automatischen Kalibrierung von komplexen numerischen Grundwasserstroemungsmodellen fuer relativ geringmaechtige Aquifere mit freier Oberflaeche zu entwickeln. Die instationaere Stroemung in den grossraeumigen Untersuchungsgebieten wird horizontal-eben unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode simuliert, wobei die Abhaengigkeit der Standrohrspiegelhoehe von der gesaettigten Maechtigkeit iterativ beruecksichtigt wird. Als Eingangsgroessen fuer die Parameteridentifizierung werden punktuelle instationaere Grundwasserstandsmessungen sowie Mess- und Schaetzwerte fuer die Parameter selbst als Vorabinformation verwendet. Dabei werden die unterschiedlichen Aquiferparameter ueber Teilbereiche des gesamten Modellgebietes als konstant angesetzt. Durch Formulierung des inversen Problems als Maximum-Likelihood-Schaetzaufgabe ist es moeglich, nicht nur die Parameter zu schaetzen, sondern auch die mit diesen Schaetzern verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Zur Loesung des nichtlinearen Optimierungsproblems wird das Gauss-Newton-Verfahren verwendet.
Fuer die Konstruktion eines Bauteils mit maximaler Steifigkeit oder minimalem Gewicht ist eine optimale Ausnutzung des Materialverhaltens erforderlich. Die optimale Auslegung der entsprechenden Konstruktionsparameter kann mit Hilfe von Finite-Elemente-Optimierungsprogrammen bestimmt werden. Jedoch darf neben der Rechenmodellgroesse die Anzahl der Parameter und die Anzahl der zu beruecksichtigenden Restriktionen nicht beliebig gross gewaehlt werden, wenn Ergebnisse in einem vertretbarem Zeitrahmen erzielt werden sollen. Das hier beantragte Vorhaben hat das Ziel, Dekompositionsstrategien zu entwickeln und auf Parallelrechnern einzusetzen, um Probleme der Strukturoptimierung rechenzeiteffektiv bearbeiten zu koennen. Das Prinzip der Dekomposition besteht darin, komplexe Optimierungsprobleme in mehrere kleine Teilprobleme aufzuspalten. Die entsprechenden Zielfunktionen und Parameter werden fuer jedes Subproblem durch ein geeignetes numerisches Verfahren approximiert und anschliessend unabhaengig voneinander optimiert. Wird durch die Anwendung der Dekompositionsstrategie die Rechenzeit zur Loesung des Strukturoptimierungsproblems reduziert, so soll durch den Einsatz des Parallelrechners auch die Verweilzeit des Rechenauftrages im Computer verringert werden. Die Parallelisierung erfolgt auf zwei Ebenen: zum einen auf der durch die Dekomposition geschaffenen Subsystemebene, zum anderen innerhalb der Subsysteme.
Sicherheit und Zuverlaessigkeit von finiten Elementen und Finite-Element-Modellen zur Vorhersage des Tragverhaltens (Moment-Rotations-Beziehungen) von verformbaren Anschlusskonstruktionen. Ein Beitrag zur Harmonisierung europaeischer Regelwerke.
The goal of this research project is to improve the understanding of of the physical processes which lead to avalanche formation and thereby improve avalanche forecasting. Leading Questions: - To understand the mechanics of avalanche formation; - Study the influence of meteorological variations on the stability of the snow pack; - Study the heat exchanges on the top surface, melting and now melt water infiltrates the snow pack and influences stability; - Plan and optimise supporting structures which prevent avalanche release; - Study the influence of stratification on the stability of the snow pack. Abstract: Avalanches occur when the snow pack becomes unstable due to changes in meteorological conditions such as intense new snowfall. The goal of this project is to improve the understanding of the mechanics of avalanche formation by using modern computer simulation methods. A two-dimensional finite element program capable of simulating the creeping deformation, temperature distribution and water transport in the alpine snow pack will be developed. The computer program will implement a novel finite element refinement technique in order to simulate thin weak layers which are believed to be responsible for avalanche formation. New numerical procedures to treat temperature dependent creep, heat transfer with phase change and unsaturated melt water transport will be developed. Model results will be validated by field observations and laboratory experiments.
Die steigende Installation von Windkraftanlagen fördert den Bedarf von Großverzahnungen. Die Herstellung dieser wird heutzutage unter den Bedingungen des Wälzfräsens mit Kühlschmierstoff (Emulsion bzw. Öl) realisiert. Durch die Kooperation zweier Institute, des IFQ und des IWF, soll ein Simulationsmodell entworfen werden, welches die thermisch bedingten geometrischen Abweichungen auf Basis der Werkstückgeometrie berechnet. Die dadurch bekannte geometrische Abweichung (Verzug) zur Sollgeometrie kann im Bearbeitungsprozess berücksichtigt und somit kompensiert werden. Hierdurch ließ sich einerseits die Umwelt schonen sowie die Arbeitsumgebung des Werkers deutlich verbessern. Andererseits ergeben sich daraus aber ebenfalls ökonomische Vorteile durch Einsparung von Kühlschmierstoff, Schmierstoffaufbereitung und periphere Aggregate.
| Origin | Count |
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| Bund | 25 |
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| Förderprogramm | 25 |
| License | Count |
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| Keine | 25 |
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| Boden | 13 |
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