Computersimulationen

Stand: 22.11.2017 (hst)

Die Studierenden Anne Wölber und Caroline Huber des Diplom-Studiengangs Bau- und Umweltingenieurwesen mit Vertiefungsrichtung Geotechnik simulierten im Rahmen ihrer Studienarbeit im Fach Geotechnik verschiedene bodenmechanische Laborversuche und geotechnische Bauwerke mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Bei dieser Methode wird der Boden mechanisch mit einem Kontinuumsmodell modelliert, woraus ein System partieller Differentialgleichungen entsteht. Da das Spannungs-Dehnungs-Verhalten des Bodens nichtlinear ist, können die Differentialgleichungen im Regelfall nicht analytisch gelöst werden, sondern numerisch gelöst werden. Hierfür kommen netzbasierte Methoden wie z. B. die Finite-Differenzen-Methode (FDM), die Finite-Volumen-Methode (FVM), die Finite-Elemente-Methode (FEM), die Boundary Elemente-Methode (BEM), netzfreie Methoden wie z. B. die Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) oder hybride Methoden wie z. B. die Material Point Method (MPM) in Frage. Bei der FEM wird das Kontinuum in eine endliche Zahl von finiten Elementen zerlegt, die über Knoten verbunden sind. Die Gleichungen werden an der Knoten ermittelt, innerhalb der finiten Elemente wird die Lösung interpoliert. Aus dem System partieller Differentialgleichungen wird schließlich ein System algebraischer Gleichungen, das mit den Methoden der numerischen Algebra gelöst wird.