Mikromechanische Modellierung von teilgesättigten Partikelpackungen mit CFD-DEM und Computertomografie (MIME-UP)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461859082

Der Schwerpunkt des geplanten Forschungsprojekts liegt auf der Untersuchung des Einflusses von Kapillareffekten in teilgesättigten Sanden auf ihr mechanisches und hydraulisches Verhalten. Dafür sind sowohl numerische Simulationen als auch Experimente in einem Röntgen-Tomographen geplant. Für die numerische Simulation von teilgesättigten Sanden wird das aufgelöste CFD-DEM verwendet. Die bestehende Methode wird um eine Zweiphasen-Formulierung ergänzt, um den Einfluss von Porenwasser und Porenluft zu berücksichtigen. Die im Röntgen-Tomographen durchgeführten Experimente im Mikromaßstab werden zur Validierung der neu entwickelten Modelle genutzt. Ein Fokus liegt dabei auf der Bildung von Kapillarbrücken bei der Entwässerung einer Sandsäule, sowie auf dem Verformungs- und Lastverhalten in einem Triaxialversuch. Zu diesem Zweck wird die Modellierung der Wechselwirkung zwischen Partikeln, Fluid und einer deformierenden, lastabhängigen Membran im Rahmen des resolved CFD-DEM entwickelt. In einer möglichen Verlängerung von zwei Jahren werden im CT-Tomographen teilgesättigte Triaxialversuche durchgeführt, um das hydromechanische Verhalten von Sand zu untersuchen. Die entwickelten Werkzeuge der ersten Förderperiode werden kombiniert und auf die Modellierung ungesättigter triaxialer Tests erweitert. Zur Erreichung der gesteckten Ziele ist eine Kooperation der TUHH mit DCS Computing aus Linz/Österreich vorgesehen. DCS entwickelt den Code CFDEMÒcoupling, der im Rahmen des Forschungsvorhabens eingesetzt wird. Die Kooperation findet im Rahmen des D-A-CH-Abkommens der DFG (Deutschland) mit dem FWF (Österreich) statt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Christoph Kloss