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SPP 1886:  Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen

Fachliche Zuordnung Bauwesen und Architektur
Informatik, System- und Elektrotechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Mathematik
Förderung Förderung seit 2016
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273721697
 
Technische Produkte und Ingenieurleistungen "Made in Germany" sind weltweit höchst anerkannt und werden sehr stark nachgefragt. Um die internationale Wettbewerbsfähigkeit und Exportkraft für die Zukunft dauerhaft zu sichern, muss die Führungsrolle des Hochlohnlands Deutschland in der ingenieurwissenschaftlichen Grundlagenforschung und -praktischen Anwendung gestärkt und ausgebaut werden. Mit dem vorgeschlagenen Schwerpunktprogramm (SPP) kann dazu ein substanzieller Beitrag geleistet werden. Der derzeitige Stand der Technik beim Entwurf von Strukturen/Konstruktionen ist von deterministischen Denkund Vorgehensweisen geprägt. Die Abbildung der Realität mit deterministischen Modellen suggeriert Genauigkeit bzw. Präzision. Dabei dienen vorzugebende worst case Analysen oft als Entscheidungsgrundlage. Realität ist, dass alle verfügbaren Daten und Informationen polymorph durch Unschärfe, Ungewissheit, Unvollständigkeit und Ungenauigkeit charakterisiert sind, die nicht vernachlässigt werden können. Ausgehend vom Stand desWissens und der Technik wird ein großer Forschungsbedarf bei dem numerischen Entwurf von Strukturen mit unterschiedlichen Ansätzen zur Berücksichtigung der Unschärfe identifiziert. Mit dem vorgeschlagenen SPP werden die zugehörigen Methoden vorgedacht, konzipiert, formuliert und aufbereitet. Die in den Zielen definierten Herausforderungen werden einen Paradigmenwechsel in der Methodik des numerischen Entwurfs einleiten, der sich auf die Gleichartigkeit der Datenlage und die Ähnlichkeit der numerischen Modelle in verschiedenen Ingenieurdisziplinen stützt. Auf Basis des vorgeschlagenen Konzepts wird die detaillierte Ausarbeitung in den zu koordinierenden Teilprojekten erfolgen. Mit dem vorgeschlagenen SPP sollen progressive Ansätze und Methoden für den Strukturentwurf entwickelt werden, die die Unschärfe der Daten und Informationen in allen Entwurfsphasen problemorientiert aufnehmen und in den zu entwickelnden numerischen Modellen verarbeiten, um eine neue Entwurfsqualität zu erlangen. Dieses Hauptziel kann erreicht werden, wenn dem Entwurf realitätsnahe Szenarien für numerische Strukturanalysen bzw. -simulationen auf dem aktuellen Stand der Forschung zugrunde liegen. Viele Ansätze zur Beschreibung der Unschärfe und deren Erfassung in numerischen Simulationen laufen in verschiedenen Fachdisziplinen derzeit parallel, ohne dass ein notwendiger Austausch oder gar Kooperationen stattfinden − obwohl die Methoden in vielen Fällen übertragbar sind. Mit dem vorliegenden Vorschlag eines SPP soll die grundlegende Entwurfsmethodik in Kooperation vonWissenschaftlern/innen verschiedener Fachgebieten inter-/transdisziplinär entwickelt werden, um Insellösungen zu vermeiden. Die Partner sind: ·Wissenschaftler/innen auf den Gebieten Unschärfemodellierung und Entwurfsmethoden, ·Wissenschaftler/innen mit Nähe zur Produktentwicklung und zur Modellierung, ·theoretisch orientierte Wissenschaftler/innen und praxisnahe Methodiker/innen und ·Wissenschaftler/innen mit unterschiedlichen Herangehensweisen (Mathematik, Simulation, Planung). Mit dem SPP sollen Chancen der Interdisziplinarität für die Entwicklung von Synergien zwischen der Mathematik und verschiedenen Ingenieurdisziplinen genutzt werden, wobei der Fokus hinsichtlich der Strukturen auf das Bauingenieurwesen sowie den Maschinen- und Anlagenbau gerichtet ist. Weitere Anwendungsdisziplinen werden klar gesehen, diese weiten das geplante SPP aber u.E. in der ersten Phase zu sehr auf. Der mit dem SPP zu erwartende Nutzen ist ein Wissensvorsprung für den numerischen Entwurf von Strukturen, der außergewöhnliches Anwendungspotential für verschiedenartige Produktentwicklungen besitzt. Eine zu lösende Aufgabe wird insbesondere darin gesehen, das in den verschiedenen Fachgebieten bestehende unterschiedliche Niveau bzgl. der Erfassung der Unschärfe zu harmonisieren. Dies betrifft auch fortentwickelte, stochastisch geprägte Konzepte und Modelle, die dezidierte Voraussetzungen erfüllen müssen, die in der Praxis aber i.d.R. nicht gegeben sind. Die Risiken des geplanten SPP liegen in seiner Heterogenität und Komplexität. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt kann nicht verlässlich beurteilt werden, ob eine geschlossene Sequenz für den Entwurf von Strukturen in verschiedenen Anwendungsfeldern sinnvoll und möglich ist oder besser eine bedarfs-/problemgerechte Betrachtung der Teillösungen angestrebt werden soll, die spezifisch vernetzt werden. Auch in diesem Fall werden wertvolle Erkenntnisse gewonnen und größere Fortschritte in wesentlichen Teilbereichen erwartet. Die Initiatoren sind der Überzeugung, dass die Ergebnisse des vorgeschlagenen SPP weitreichende wirtschaftliche und damit ungewöhnliche gesellschaftliche Bedeutung besitzen.
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