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.