Finite Elemente Modell

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Verbesserung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der rechnerischen Dimensionierung von Asphaltbefestigungen über ein Finite Elemente Modell

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden zwei FE-Methoden entwickelt: Die semi-analytische Finite-Elemente-Methode SAFEM und die achsensymmetrische Finite-Elemente-Methode AXSFEM.

Die entwickelten FE-Rechenkerne wurden zuerst mit einer Parameterstudie kalibriert und optimiert. Durch eine anschließende Validierung wurden die Fahrbahn-Reaktionen, welche mit den Rechenkern ermittelt wurden, mit den Ergebnissen von kommerziellen Referenzprogrammen (ABAQUS und BISAR) verglichen. Ferner wurde das FE-Programm SAFEM auf die Genauigkeit anhand von experimentellen Ergebnissen aus der Versuchsstrecke der BASt geprüft.

Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass die beiden Rechenmodelle bereits bestimmte nutzungsrechtliche Voraussetzungen (wie die Gewährleistung eines hohen Maßes an Genauigkeit der Rechenergebnisse, einer numerisch effizienten Arbeitsweise sowie einer ingenieurgerechten/anwenderfreundlichen Bedienung etc.) erfüllt haben, so dass eine dauerhafte und möglichst kostenneutrale Verwendung als FE-Rechenkern in Dimensionierungsprogrammen für Asphaltbefestigungen gegeben ist.

Weiterer Forschungsbedarf besteht vor allem darin, die bisher nicht ausreichend berücksichtigten, für die Prognose der Restlebensdauer von Asphaltbefestigungen jedoch sehr wichtigen Sachverhalte durch die FE-Methode zu modellieren. Dazu zählt beispielsweise die dynamischen Radlasten, die rheologischen Eigenschaften von Asphalt, Verbesserte Annahmen für den Schichtenverbund etc. Auf diese Weise können die schädigungsrelevanten Beanspruchungszustände wirklichkeitsnah ermittelt werden, die als Eingangsparameter für eine zuverlässige Oberbaubemessung und eine exakte Prognose der Restnutzungsdauer verwendet werden.

  Beanspruchungszustand der Asphaltbefestigung durch bewegliche Last [OESER, 2010]