BIM-gekoppelte vibroakustische Simulation mit Finiten Elementen hoher Ordnung unter Verwendung von Mortar-Techniken.

• Antragsteller: Professor Dr. Ernst Rank
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221059122

Das beantragte Forschungsprojekt verfolgt das Ziel, Holzhäuser in Massivbauweise bauakustisch mittels der Methode der Finiten Elemente bewerten zu können. Das Verfahren soll sich nahtlos in den computergestützten Planungsprozess einfügen und gleichzeitig bauakustisch relevante Fragestellungen akkurat abbilden. Eine Simulation mit dimensionsreduzierten Platten-, Scheiben- oder Schalenelementen kommt dabei nicht in Frage, weil damit insbesondere die bedeutsamen Übergangsbereiche, an denen verschiedene Elementtypen zu koppeln wären, nicht hinreichend genau modelliert werden können. Deshalb wird eine streng volumenorientierte Berechnung mit der p-Version der Finiten Elemente verwendet. Diese erlaubt es, selbst sehr dünnwandige Bauteile mit hoher Effizienz und Genauigkeit durch Volumenelemente darzustellen. Die geometrische und physikalische Grundlage für die Berechnung bilden parametrische, räumliche Bauwerksinformationsmodelle. Aus diesen wird zunächst die notwendige topologische und geometrische Information abgeleitet und dann eine bauteilorientierte Vernetzung durchgeführt. Im Gegensatz zu einer konformen Vernetzung des Gesamtmodells ist zwar eine bauteilorientierte Vorgehensweise wesentlich flexibler und entspricht weitgehend dem realen Konstruktionsprozess, jedoch müssen die Teilnetze an den Stoßstellen geeignet numerisch verbunden werden. Für die Koppelung der Komponenten kommt die Mortar-Methode zum Einsatz. Im Rahmen dieses Projektes wird sie so weiterentwickelt, dass auch akustisch weiche Verbindungen hinreichend genau abgebildet werden können. Weiterhin wird in enger Zusammenarbeit mit Projektpartnern untersucht, wie die Energy Flow Analysis (EFA) zur Überwindung des 'mid-frequency-gap' von der p-FEM profitieren kann. Die Verwendung eines parametrischen Bauwerksmodells erlaubt es schließlich, sehr schnell und effizient Konstruktionsvarianten zu studieren, um zu bauakustisch optimierten Ergebnissen zu kommen. Es wird erwartet, dass mit dieser Vorgehensweise und deren detaillierter Validierung an Experimenten eine neue Qualität der Bewertung bauakustischer Eigenschaften in einem computergestützten Planungsprozess erreicht werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Stefan Kollmannsberger