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Projekt
Multi-fidelity Zuverlässigkeitsanalyse von Tragwerken bei polymorpher Unschärfe - Anwendung auf die Lebensdauervorhersage von Bauteilen aus Metallschaum
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Carsten Proppe
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Förderung
Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428469142
Für heterogene Materialien, wie bspw. Metallschäume, kann das repräsentative Volumenelement so groß sein, dass Skalenseparation nicht vorliegt. Daher kann die Strukturanalyse nicht mit effektiven Materialparametern durchgeführt werden. In diesem Fall können nur Zufallsfelder bestimmt werden, die Grenzen der scheinbaren Materialparameter darstellen. Die Verteilung der Materialparameter innerhalb dieser Grenzen ist unbekannt. Die Zuverlässigkeitsanalyse für Strukturen aus solchen heterogenen Materialien muss daher p-Boxen als Eingangsparameter berücksichtigen.Methoden zur Zuverlässigkeitsanalyse mit p-Boxen sind rechenzeitintensiv. Im Vergleich zu den ohnehin sehr zeitintensiven Verfahren zur Zuverlässigkeitsanalyse fügt die Lösung der Optimierungsprobleme bei der Intervallanalyse oder die Variation der Parameter der Verteilungsfunktion im Allgemeinen eine weitere Iterationsschleife zu den Berechnungen hinzu und erhöht somit signifikant den Rechenaufwand. Um diese Methoden in der technischen Praxis einsetzen zu können, besteht daher eine große Herausforderung darin, ihre Effizienz zu steigern.Das Ziel des Projekts ist es daher, eine geeignete effiziente Methode für die Zuverlässigkeitsanalyse mit p-Boxen zu entwickeln und auf die Lebensdauerprognose von Bauteilen aus Metallschaum anzuwenden. Eine geeignete Methode für die Zuverlässigkeitsanalyse mit p-Boxen muss unscharfe Abhängigkeiten zwischen den Eingangsparametern berücksichtigen. Um eine effiziente Methode für die strukturelle Zuverlässigkeitsanalyse mit p-Boxen zu erhalten, müssen effiziente stichprobenbasierte Simulationsmethoden angewendet werden. Um deren Effizienz weiter zu steigern, werden Modellhierarchien in die Analyse eingefügt. Dabei sollen Modellhierarchien nicht nur durch Variieren eines Diskretisierungsparameters aus einem einzigen mathematischen Modell generiert werden, sondern auch allgemeine Modellklassen berücksichtigen, deren Informationsgehalte die Effizienz durch Fusion und Filterung erhöhen.Die im Rahmen dieses Projekts zu entwickelnde Methode zur Zuverlässigkeitsanalyse ermöglicht die Berücksichtigung aleatorischer sowie epistemischer Unschärfe und ist keinesfalls auf Strukturen aus Metallschäumen beschränkt. Sie wird in der Entwurfsphase verwendet und kann in der frühen Entwurfsphase verwendet werden, um den Einfluss der heterogenen Mikrostrukturgeometrie auf die Lebensdauer der Struktur zu untersuchen, wodurch Prozessparameter bei der Herstellung heterogener Materialien wie Metallschäumen optimiert werden können. In der abschließenden Entwurfsphase kann das Verfahren die durch die Heterogenität der Mikrostruktur bedingte Unschärfe der Materialparameter realistisch berücksichtigen und somit Grenzen für die Lebensdauer oder die Ausfallwahrscheinlichkeit der Struktur bestimmen. Dabei wird insbesondere die zeitliche Abhängigkeit der Materialparameter durch Schädigung der heterogenen Mikrostruktur berücksichtigt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
