spektrum_201310.pdf (11.592 KB) - TUHH

14 In aller Kürze
Grafik: TUHH
So sieht die
Berechnung
eines zwischen
zwei Wellen fahrenden
Containerschiffes mit
der Finite-Elemente-Methode
aus. Die Farben machen die Zonen
unterschiedlicher Belastungen sichtbar, wobei
die blauen Elemente für die niedrigste und die gelben
für die größte Belastung stehen.
Kongress mit US-Pionier
der Finite-Elemente-Methode
Ein Schiff bei starkem Seegang oder der Blutfluss durch unsere Arterien
– aus der Sicht des Ingenieurs sind beides Beispiele für hoch
komplexe Prozesse: Auf sehr unterschiedliche Strukturen (Schiff und
Arterie) wirken Kräfte und führen so zu Bewegungen, Belastungen
und Verformungen. Mathematisch lassen sich solche Vorgänge mit
Hilfe von partiellen Differentialgleichungen zwar modellieren, jedoch
die rechnerisch damit verbundenen Aufgaben nicht lösen. Dies gelingt
allerdings mit der Finite-Elemente-Methode (FEM), dem Standardwerkzeug
für Ingenieure. Das numerische Verfahren hilft der
partiellen Differentialgleichung quasi auf die Sprünge und erlaubt
detaillierte Ergebnisse.
Die neuesten Entwicklungen und Forschungsansätze aus dem Bereich
der FEM und damit verbundener Gebiete haben im Zentrum
des alle zwei Jahre stattfindenden Kolloquiums der German Association
for Computational Mechanics (GACM) gestanden. Zum ersten
Mal war die TU Hamburg Gastgeber dieser Fachtagung. Ein
besonderes Highlight der Konferenz vom 30. September bis 2. Oktober
war der Vortrag von Professor Robert L. Taylor. Der Emeritus
der University of California in Berkeley gilt weltweit als einer der
großen Pioniere der FEM. Taylor ist Autor mehrerer Standardwerke
zu diesem Thema. „Trotz seiner 76 Jahre ist Taylor immer noch ein
umtriebiger Wissenschaftler und ein spannender Redner“, sagt Professor
Alexander Düster vom Institut für Konstruktion und Festigkeit
von Schiffen.
Die 5. GACM richtete sich vor allem an Doktoranden und Postdocs
mit Forschungsthemen aus der computergestützten Mechanik.
„Damit haben wir jungen Wissenschaftlern aus aller Welt und besonders
auch aus Deutschland die Chance gegeben, ihre Forschungsergebnisse
in englischer Sprache vorzustellen und zu
diskutieren“, sagt Dr. Marc-André Pick vom Institut für Mechanik und
Meerestechnik, wie Düster einer der Organisatoren der Fachtagung,
an der mehr als 200 Wissenschaftler aus Brasilien, China, Frankreich,
Großbritannien, der Schweiz, Luxemburg und Deutschland teilnahmen.
Das Themenspektrum der 160 Vorträge war breit gefächert
und reichte von der Biomechanik über moderne multifunktionale
Materialien bis hin zu Anwendungen im Bauingenieurwesen, Maschinen-
und Schiffbau. Zu den Vortragenden gehörten auch: Professor
Karl Schweizerhof vom Karlsruher Institut für Technologie und Dr.
Christian Cabos vom Germanischen Lloyd. Schweizerhof hat in
Deutschland maßgeblich zur Etablierung der Finite-Elemente-Methode
beigetragen. Mit der Teilnahme des Germanischen Lloyd
wurde die Brücke zwischen Wissenschaft und Anwendung geschlagen.
Gerade im Schiffbau und in der Meerestechnik sind FEM-Berechnungen
sehr relevant.
Hintergrund: Bei einer Computersimulation werden Strukturen, zum
Beispiel die eines Schiffes, in endlich viele beliebig kleine Teile zerlegt.
Für jedes dieser Elemente lassen sich Materialeigenschaften und Belastungen
mathematisch leichter beschreiben und damit Aussagen
beispielsweise über die Verformung eines Schiffes treffen. „Durch
die Aufteilung einer Struktur in viele kleine Elemente kann man leichter
Näherungslösungen der zugrundeliegenden Differentialgleichungen
finden“, sagt Professor Düster über die für Ingenieure zentrale
rechnerische Methode.
Birk Grüling
www.tuhh.de/gacm2013