TU Dresden RWTH Leibniz Institut

Teilprojekt A02

Theoretisch-numerische Abbildung biologischer Entwicklungsprozesse als Strukturgenerator für den Entwurf von Tragwerken aus Carbonbeton

Das Teilprojekt A02 beschäftigt sich mit der thermodynamisch konsistenten Beschreibung von Wachstumsvorgängen biologischer Strukturen und deren Übertragung auf den technischen Strukturentwurf aus Carbonbeton. Dafür werden Wachstumsprinzipien der Natur identifiziert und mathematisch formuliert. Die Beschreibung erfolgt mithilfe der Kontinuumsmechanik, um in der numerischen Simulation mittels der finite Elemente Methode eingesetzt zu werden. Um die thermodynamische Konsistenz zu gewährleisten, werden die kontinuumsmechanischen Erhaltungsgleichungen angepasst. Anschließend erfolgt eine Validierung der Modelle anhand biologischer Daten, um die Realitätsnähe der Annahmen zu überprüfen. Die erhaltenen Erkenntnisse werden genutzt, um Analogien zum biologischen Wachstum im technischen Strukturentwurf zu finden. Die entwickelten Strategien werden in einem Generator für biologische Strukturen und technische Carbonbetonstrukturen den anderen Teilprojekten zur Verfügung gestellt. Die Simulation des Generators ergibt anhand natürlicher Prinzipien optimierte Entwürfe. Die so erstellten Strukturen dienen im weiteren Verlauf den anderen Teilprojekten als Inspiration.

Wissenschaftler

Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kaliske
Teilprojektleiter
Michael Kaliske
Prof. Dr.-Ing. habil.
Technische Universität Dresden
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke
01062 Dresden
Dipl.-Ing. Jakob Platen
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Jakob Platen
Dipl.-Ing.
Technische Universität Dresden
Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke
01062 Dresden

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

Platen, J.; Fleischhauer, R.; Kaliske, M. (2023) On the continuum mechanics of growing plant-like structures in: Computational Mechanics, issue 73 DOI: https://doi.org/10.1007/s00466-023-02387-8

Platen, J.; Pauls, B.; Rjosk, A.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, Chr.; Kaliske, M. (2023) Modeling Growth of Plants for Biologically Inspired Structures of Carbon Fiber Reinforced Concrete 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. 1262–1272 – https://doi.org/10.1007/978-3-031-32511-3_129

Platen, J.; Storm, J.; Bosbach, S.; Claßen, M.; Kaliske, M. (2024) The microlayer model: A novel analytical homogenisation scheme for materials with rigid particles and deformable matrix matrix – applied to simulate concrete in: Computers & Structures 293, 107258 – DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2023.107258

Platen, J.; Zreid, I.; Kaliske, M. (2023) A nonlocal microplane approach to model textile reinforced concrete at finite deformations in: International Journal of Solids and Structures 267, 112151 – DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2023.112151

Stöcker, J.; Platen, J.; Kaliske, M. (2023) Introduction of a recurrent neural network constitutive description within an implicit gradient enhanced damage framework in: Computers & Structures 289, 107162 – DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2023.107162

Vakaliuk, I.; Platen, J.; Klempt, V.; Scheerer, S.; Curbach, M.; Kaliske, M.; Löhnert, S. (2022) Development of load-bearing shell-type TRC structures – initial numerical analysis in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 1799–1808.

Vorträge und Poster | Oral presentations and posters

Pauls, B.; Platen, J.; Kaliske, M.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C. (2023) Plant Growth as Inspiration for Novel Carbon Concrete Components poster at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen.

Platen, J.; Kaliske, M. (2022) A Microplane Model for Textile Reinforced Concrete at Finite Stains oral presentation at: 8th European Congress in Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, 05.–09.06.2022 in Oslo (Norway).

Platen, J.; Kaliske, M. (2022) Ein kontinuumsmechanisches Modell für das Wachstum von Pflanzen oral presentation at: Baustatik – Baupraxis Forschungskolloquium 2021 in 2022, 27.–30.09.2022 in Kloster Steinfeld.