Die Preisträger

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DULGER-PREIS
TOBIAS ERHÄRT:
„Strategien zur numerischen Simulation transienter Impaktvorgänge bei nichtlinea-
rem Materialverhalten“
Die Arbeit befaßt sich mit der numerischen Simulation transienter Impaktvorgänge,
d.h. der computergestützten Berechnung kurzzeitiger und sehr intensiver mechani-
scher Belastungen von Festkörpern. Derartige Prozesse treten z.B. in der Abbau-
technik bei der gezielten lokalen Zerstörung von Material oder in der Befestigungs-
technik beim Eintreiben von Nägeln in Beton oder beim Schlagbohren als Vorbe-
reitung für das Einsetzen von Dübeln auf. Weitere Anwendungen aus dem Ingeni-
eurbereich sind der Fahrzeugcrash, die dynamische Verdichtung von Böden zur Bau-
grundverbesserung oder die zivile und militärische Sicherheitstechnik beim Schutz
von Bauwerken vor Explosion oder Beschuß.
Die beschriebenen Impaktvorgänge sind durch komplexes physikalisches Ver-
halten mit großen Deformationen, stark nichtlinearem Matenalverhalten, reibungsbe-
haftetem Kontakt zwischen mehreren Körpern und Ausbreitung von Spannungswel-
len gekennzeichnet. Ein detailliertes Verständnis dieser Prozesse ist erforderlich, um
verbesserte Materialien zu entwickeln, maschinelle Abläufe zu optimieren, den Bedarf
an Prototypen zu verringern oder die Sicherheit für beteiligte Personen zu erhöhen.
Hinsichtlich dieser Aufgabenstellung wird in der Arbeit em Gesamtkonzept zur
Computersimulation solcher hochkomplexen und hochdynamischen Prozesse ent-
wickelt. Dazu wird die Methode der Finiten Elemente verwendet, wobei zahlreiche
Bereiche der modernen numerischen Festkörpermechanik Zusammenwirken. Für
die exzessiven Festkörperdeformationen sind nichtlineare mathematische Beschrei-
bungen der Kinematik, stabile Elementformulierungen und fehlerkontrollierte,
adaptive Verfahren erforderlich. Die extreme Kurzzeitdynamik, die allen beispielhaft
genannten Prozessen innewohnt, verlangt robuste, hocheffiziente Zeitintegrations-
verfahren. Schließlich wird das nichtlineare Materialverhalten im hochdynamischen
Bereich mit Hilfe geschwindigkeitsabhängiger ver- und entfestigender Plastizitäts-
formulierungen möglichst realitätsnah abgebildet. Mit Hilfe der entwickelten
Modelle und Algorithmen lassen sich numerische Berechnungen effektiv und robust
durchführen und zuverlässige Vorhersagen für praxisrelevante Ingenieuraufgaben
treffen.
Ausgehend von einem Grundgerüst, das sich aus der Kinematik großer Defor-
mationen, der allgemeinen Formulierung finiter Plastizität, expliziter Zeitintegration
und einem Ansatz für den Kontakt zusammensetzt, werden wichtige Aspekte der
wesentlichen Themengebiete vertieft behandelt und neue Verfahren entwickelt. Bei
der Lösung der komplexen Fragestellungen sind Genauigkeit, Robustheit und Effi-
zienz die maßgebenden Anforderungen.
Für die räumliche Diskretisierung werden Elementformulierungen für ebene
Verzerrungszustände und axialsymmetrische Zustände bereitgestellt, die speziell für
die hier behandelten Problemstellungen geeignet sind. Dabei wird insbesondere ein