Parallele FEM-Simulationen für große Infrastrukturen

Eine weitere Aktivität im Zusammenhang mit partiellen Differentialgleichungen ist die Analyse großer/komplexer Infrastrukturen, wie z. B. einer Hängebrücke mit großer Spannweite über den Bosporus, mittels groß angelegter paralleler FEM-Simulationen.

Diese Forschung kombiniert methodische und rechnerische Aspekte, die am besten in interdisziplinärer Zusammenarbeit angegangen werden, wobei das Know-how des ATML zum disziplinären Hintergrund der Partner hinzugefügt wird.

Für die Untersuchung des seismischen Verhaltens der zweiten Bosporus-Brücke in Istanbul, die eine Länge von mehr als 1 km hat, arbeiten Partner der Bogazici-Universität in Istanbul, der Fachhochschule Aachen und des Forschungszentrums Jülich bei der Entwicklung eines hochauflösenden FEM-Modells und der Durchführung verschiedener Simulationen zusammen.

Das neue FEM-Modell wurde durch eine Eigenwertanalyse validiert, bei der mehr als hundert Eigenmoden berechnet und mit den gemessenen Moden dieser Hängebrücke verglichen wurden. Die gute Übereinstimmung von Berechnungs- und Versuchsdaten bewies, dass das detaillierte Modell eine gültige Darstellung der Brücke ist.

Im nächsten Schritt wurde das Verhalten der Brücke unter der Last von zwei verschiedenen aufgezeichneten Erdbeben berechnet. Die Gesamtleistung der Brücke sowie die detaillierten Kräfte, Spannungen usw. der kritischen Komponenten wurden untersucht und mit den Auslegungslasten verglichen. Für diese Simulationen wird der explizite FEM-Code LS-DYNA verwendet, da alle Arten von seismischen Lasten direkt im Zeitbereich angewendet werden können und die Reaktion der Brückenkomponenten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung berechnet werden kann.

Die erheblichen Schäden an der Brücke während des schwereren Erdbebens motivieren zu weiteren Untersuchungen, wie z. B. der Einführung von Viskosedämpfern in das bestehende FEM-Modell. Die Ergebnisse zeigen, dass eine ausreichende Anzahl von Hochleistungsdämpfern eingesetzt werden könnte, um die Auswirkungen auf Brückendeck und Türme zu mildern