Nicht-lineare Untersuchungen zur dynamischen Boden-Bauwerk-Interaktion

Die Boden-Bauwerk-Interaktion (BBI) hat einen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtverhalten vieler dynamisch belasteter Strukturen und ihre Berücksichtigung in der numerischen Analyse stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. Selbst mit modernster Rechenleistung und ausgeklügelten Softwarelösungen ist die Simulation der Interaktion insbesondere für nicht-lineare Untersuchungen immer noch sehr zeitaufwendig, komplex und anspruchsvoll. Die Berücksichtigung dieser Interaktion ist für Berechnungen von einigen strukturdynamischen Analysen von entscheidender Bedeutung.

In diesem Beitrag werden Untersuchungen zum Einfluss der dynamischen BBI bei linearen und nicht-linearen Berechnungen am Beispiel von induzierten Schwingungen infolge einer hohen Stoßbelastung (Flugzeugaufprall) unter Verwendung von elastischen und elastoplastischen Materialmodellen vorgestellt. Der Boden wird in einem einfachen Ansatz mittels frequenzunabhängigen Impedanzen (statische Federelemente) und in einem präziseren Ansatz durch Modellierung als elastisches Medium und unter Verwendung von absorbierenden PML-Elementen („Perfectly Matched Layers“) berücksichtigt. Diese Elemente ermöglichen eine reflektionsfreie Erfassung der Energieabstrahlung im Boden. Dabei muss lediglich ein kleiner Bodenbereich mitmodelliert werden. Hierdurch ergibt sich ein enormes Einsparungspotenzial des numerischen Aufwands, das komplexe elastoplastische Berechnungen im Zeitbereich unter vertretbarem Zeitaufwand ermöglicht.