Lehrveranstaltung

Numerische Methoden in der Geotechnik

Numerical Methods in Geotechnical Engineering

Stand: 26.10.2020 (hst)

Die Vorlesung wird im Wintersemestersemester 2020/21 Online angeboten. Zur Teilnahme ist eine Anmeldung der Studierenden bei Stud.IP für diese Lehrveranstaltung erforderlich. Sie erhalten dann eine Einladung zur Teilnahme an Webmeetings via Stud.IP. Auf der Startseite unserer Homepage finden Sie Hinweise, welche Hard- und Software für die Teilnahme an den Online-Lehrveranstaltungen erforderlich sind.

 

Dozent

Dr.-Ing. Hans Stanford

Teilnehmerinnen und Teilnehmer

  • Bis Sommersemester 2020: Studierende des Master-Studiengangs Bauingenieurwesen, 2. Semester, Bestandteil des Pflichtmoduls "Marine Geotechnik und Numerik" (3 ECTS, 3 SWS) für die Vertiefungen "Hafenplanung und Küstenschutz" sowie "Tiefbau"
  • Ab Wintersemester 2020/2021: Studierende des Master-Studiengangs Bauingenieurwesen, 1. Semester, Bestandteil des Pflichtmoduls "Spezialtiefbau und Numerik" (3 ECTS, 3 SWS) für die Vertiefungen "Tragwerke", "Hafenplanung und Küstenschutz" sowie "Tiefbau"

Voraussetzung

  • Erfolreiche Teilnahme an den Lehrveranstaltungen "Bodenmechanik" und "Mathematik" im Bachelor-Studiengang

Lernziele

  • Erfassung der Grundlagen der numerischen Simulation physikalischer Prozesse im Boden unter Berücksichtigung der Boden-Struktur-Interaktion:
    • Erkennen physikalischer Prozesse im Boden
    • Modellierung dieser Prozesse basierend auf Prozessmodellen, vor allem basierend auf dem Kontinuumsansatz
    • Numerische Lösung der Modellgleichungen/Feldgleichungen, vor allem mit der Finite-Elemente-Methode (FEM)
    • Durchführung und Validierung numerischer Simulationen basierend auf der FEM
  • Vorbereitung auf Projekt- und Masterarbeiten
  • Anregung zum Eigenstudium

Inhalt

  • Einführung in die numerische Simulation
    • Kontinuumsansatz (Kontinuumshypothese, bestimmende Gleichungen, Randwertprobleme, numerische Lösung von Randwertproblemen)
    • Alternative Ansätze
  • Einführung in die Numerische Mathematik
    • Numerische Differentiation
    • Numerische Integration
    • Numerische Lösung gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen
    • Nmerische Lösung linearer und nichtlinearer Gleichungen und Gleichungssysteme
  • Finite-Elemente-Methode - Analyseprozeduren
    • Statische Verformungsanalyse für den dränierten Zustand (linear, materiell nichtlinear, geometrisch nichtlinear)
    • Statische Verformungsanalyse für den undränierten Zustand
    • Stationäre Grundwasserströmungsanalyse
    • Quasi-statische Konsolidierungsanalyse
    • Standsicherheitsanalyse
  • Finite-Elemente-Methode - Anwendungsempfehlungen
    • Projektplanung: Bewertung von Hard- und Softwareressourcen
    • Vorbearbeitung: Bewertung der Datengrundlage, Zieldefinition, Modellierung des Untergrunds, Modellierung von Strukturen, Modellierung der Boden-Bauwerk-Interaktion, Lastgeschichte
    • Analyse: Seriell vs. parallel, deterministisch vs. stochastisch
    • Nachbearbeitung: Datenaufbereitung, Plausibilitätskontrolle, eingehende Fehleranalyse, Validierung, Dokumentation

Eingesetzte Software

  • PLAXIS und Abaqus (FEM)
  • Octave (symbolische und numerische Mathematik)

Leistungsnachweis

  • Prüfungsmodus für Studienanfänger vor WiSe 2014/2015: Modulprüfung zusammen mit der LV "Ausgewählte Themen der Bodenmechanik", mündliche Prüfung, Dauer 40 Minuten. Bei der Modulprüfung ergibt sich die Gesamtnote aus den Teilnoten, die anhand der ECTS-Punkte gewichtet werden.Die Modulprüfung ist bestanden, wenn die Gesamtnote mindestens 4,0 ist.
  • Prüfungsmodus für Studienanfänger ab SoSe 2015 bis Sommersemester 2020: Klausur im Rahmen der Modulprüfung "Marine Geotechnik und Numerik", Gewichtung der Modulnote nach Verteilung der ECTS-Punkte, Dauer der Teilprüfung: 60 Minuten, Hilfsmittel bei der Prüfung: Skript zur Vorlesung und zum FEM-Kurs, Taschenrechner
  • Prüfungsmodus ab Wintersemester 2020/2021: Klausur im Rahmen der Modulprüfung "Spezialtiefbau und Numerik", Gewichtung der Modulnote nach Verteilung der ECTS-Punkte, Dauer der Teilprüfung: 60 Minuten, Hilfsmittel bei der Prüfung: Skript zur Vorlesung und zur Hörsaalübung, Unterlagen zum FEM-Kurs, Taschenrechner

Kommentiertes Literaturverzeichnis 

Lehrstoff:

  • Skript zur Vorlesung und zur Übungsvorlesung

Vom Dozent empfohlene Lehrbücher:

  • Wriggers P. (2001): Nichtlineare Finite-Elemente-Methoden. Springer 
  • Wriggers P. (2008): Nonlinear Finite Element Methods. Springer

Empfehlungen des Arbeitskreises "Numerik in der Geotechnik" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT):

  • EANG (2013): Empfehlungen des Arbeitskreises "Numerik in der Geotechnik". Ernst & Sohn, Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) (ersetzt die nachfolgenden früheren Empfehlungen)
  • Schanz T. (2006a): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 4: Aktuelle Entwicklungen bei Standsicherheits- und Verformungsberechnungen in der Geotechnik. In: Geotechnik 29(1):13-27
  • Schanz T. (2006b): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 4: Beiblatt Standsicherheitsberechnungen von Baugruben -- Berechnungsbeispiele. In: Geotechnik 29(4):359-368 
  • Schanz T. (2006c): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 4: Beiblatt Böschungsbruchberechnungen - Berechnungsbeispiele. In: Geotechnik 29(4):369-372
  • Meißner H. (1991): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 1. In: Geotechnik 14:1-10 
  • Meißner H. (1996): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 2: Tunnelbau unter Tage. In: Geotechnik 19:99-108 
  • Meißner H. (2002): Empfehlungen des Arbeitskreises AK 1.6 'Numerik in der Geotechnik' der DGGT - Teil 3: Baugruben. In: Geotechnik 25(1):44-56