Eine neue Methodologie zur Übertragung effizienter Lastabtragsmechanismen aus der Natur auf Strukturen aus Carbonbeton
Ziel dieses TP ist es, mit Hilfe eines sogenannten modularen Strukturgenerators, möglichst viele in die Praxis umsetzbare Varianten von bioinspirierten Strukturen aus Carbonbeton zu liefern.
Zunächst geht es in diesem TP darum, wesentliche baubionische Elemente – zum Beispiel Stiele als Stützelemente sowie Blattlamina als schalenartige Deckenelemente – zu identifizieren. Ziel ist es, im Rahmen einer neuartigen Substrukturtechnik die vielfältigen Varianten für das Zusammenwirken der neuen baubionischen Elemente in einer Art Modulbaukasten zu ermöglichen. Um dabei effiziente und robuste Simulationen durchführen zu können, werden einerseits spezielle finite Elemente mit reduzierter Integration und andererseits die Methode der Modellreduktion für die einzelnen Module angewendet. Im Fokus steht die Berücksichtigung der materiellen Anisotropie aufgrund veränderlicher Faserorientierung sowie der Übergangsbedingungen, mittels derer die einzelnen Module miteinander verbunden werden.
Schließlich wird ein Screening-Algorithmus entwickelt, der automatisiert verschiedene Strukturen bestehend aus im Baukasten vorhandenen Modulen erstellt. Die derart generierten Strukturen werden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in bautechnischen Problemstellungen vergleichend evaluiert.
Im Rahmen von A01 wird das Seed-Fund-Projekt "Virtuelle Experimente an Bestandteilen der Pflanzen" (1. Runde 2022) durchgeführt.
Wissenschaftler
52074 Aachen
52074 Aachen
D-52074 Aachen
Kooperationen
Publikationen | Publications
Curosu, V.; Kikis, G.; Krüger, C.; Liebold, F.; Macek, D.; Mester, L.; Platen, J.; Ritzert, S.; Stüttgen, S.; Kaliske, M.; Klinkel, S.; Loehnert, S.; Maas, H.-G.; Reese, S.; Robertz, D. (2023) Ansätze für numerische Methoden zur Inspiration, Analyse und Bewertung neuartiger Carbonbetonstrukturen in: Bauingenieur 98, issue 11, p. 368–377 – DOI: 10.37544/0005-6650-2023-11-56
Macek, D.; Holthusen, H.; Rjosk, A.; Ritzert, S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Simon, J. W.; Reese, S. (2022) Mechanical investigations of the peltate leaf of Stephania japonica (Menispermaceae): Experiments and a continuum mechanical material model in: Frontiers in Plant Science 13 – DOI: 10.3389/fpls.2022.994320
Macek, D.; Rjosk, A.; Ritzert, S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Reese, S. (2023) Numerical Simulations of the Mechanical Behavior of Plant Tissues as an Inspiration for Carbon Reinforced Concrete Structures in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1408–1417 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_144
Macek, D.; Rjosk, A.; Ritzert; S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Reese, S. (2023) Pflanzengewebe als Inspiration für Carbonbeton-Strukturen: Morphologie und mechanisches Verhalten in: Bauingenieur 98, issue 07–08, p. 227–233 – DOI:10.37544/0005-6650-2023-07-08-49
Vorträge und Poster | Oral presentations and posters
Macek, D.; Holthusen, H.; Rjosk, A.; Ritzert, S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Simon, J. W.; Reese, S. (2022) A constitutive model for modeling the mechanical behavior of the peltate leaf of Stephania japonica (Menispermaceae) oral presentation at: 92nd Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics, 15.–19.08.2022 in Aachen
Ritzert, S.; Holthusen, H.; Macek, D.; Rjosk, A.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Reese, S. (2023) Modeling technique for petiole-lamina connections of peltate leaves in: ECCOMAS 7th Young Investigators Conference YIC, 19.–21.06.2023 in Porto (Portugal, proceedings in preparation)
Rjosk, A.; Ritzert, S.; Macek, D.; Friese, D.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C.; Reese, S.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2023) A new approach to construction: using peltate leaves as inspiration in the design of novel carbon fibre reinforced concrete building components oral presentation at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen (proceedings in preparation)
Studentische Arbeiten | Student's works
Ji, C. (2022) Numerical simulation of the anisotropic viscoelastic behavior of plant tissues at finite deformation [Bachelorarbeit].