Direkte datengetriebene computerbasierte Mechanik für inelastisches Materialverhalten

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431386925

Durch die sprunghafte Entwicklung von sowohl Speicherkapazitäten als auch Soft- und Hardware wuchs die verfügbare Datenmenge in den letzten Jahrzehnten um mehrere Größenordnungen an. Dies beeinflusst fast alle Bereiche des praktischen Lebens, aber auch Wissenschaft und Technik. Insbesondere für den Bereich der Technik- und angewandten Wissenschaften spielt dieser Aspekt eine bedeutende Rolle, da in diesen Forschungsfeldern – zusätzlich zu den fundamentalen Erhaltungsprinzipien – Beziehungen zwischen interessierenden Größen, z.B. Spannung und Dehnung, aufgestellt werden müssen. Traditionell werden derartige Beziehungen aus sogenannten konstitutiven Modellen, basierend auf einer Reihe von Annahmen, abgeleitet. Damit sind diese Zusammenhänge aber leider auch empfänglich für epistemische Unsicherheiten. Darüberhinaus sind Parameter enthalten, die schwierig zu identifizieren sind, insbesondere wenn nur relativ einfache Experimente durchgeführt werden können. Ziel dieses Projektes ist es daher, Methoden zu entwickeln, die die numerische Berechnung von Strukturen alleine auf der Basis von Daten – entweder experimenteller oder numerischer Herkunft, zum Beispiel aus Mehr-Skalen-Betrachtungen – erlauben. Damit wird die Notwendigkeit, phänomenologische Konstitutivmodelle aufzustellen, und die damit verbundene Unsicherheit umgangen. Die Methodologie wurde bereits erfolgreich für elastische Materialien getestet. Das Projekt basiert auf der Forschungshypothese, dass die Methode auf inelastisches Materialverhalten wie Elastoplastizität und Viskoelastizität erweitert werden kann. Dabei ist die Herausforderung der deutlich größeren Dimensionalität des Phasenraums anzugehen. Ein allgemeiner Überblick über einen datengetriebenen Zugang zur Inelastizität wurde von den Antragstellern bereits in einer vor wenigen Monaten veröffentlichten Publikation dargelegt. Die Ziele des hier beantragten Projektes liegen darin, diese Methodologie numerisch zu implementieren, genau zu untersuchen und soweit weiterzuentwickeln, dass sie für industrielle Anwendungen genutzt werden kann. Dazu gehören die Verwendung aktueller, eventuell unvollständiger experimenteller Daten, die Betrachtung komplexer dreidimensionaler Geometrien und Lastfälle, die Effizienz und Robustheit der Löser sowie die Unsicherheitsanalyse. Ein zusätzliches Ziel ist es, eine Online-Plattform bereitzustellen, die zum Austausch der Methodologie und der erarbeiteten Daten mit der Wissenschaftsgemeinde dient.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Laurent Stainier