Recent Advances in Numerical Modelling and Simulation (Msc-BI-W35, MSc-CE-W04)

After the course, the students will gain a thorough overview on the current state of various research topics of numerical methods in structural mechanics and their applications in the engineering science. Through the large range of topics covered with modern numerical models, potential challenging problem will be addressed, which will motivate the students to investigate further.

During the course, selected topics in the field of numerical modelling and simulation in structural mechanics will be presented. For each topic, the theory will be offered in the compact form with emphasis on the algorithms and specific numerical methods. Selected application examples will be demonstrated to validate the presented numerical models. The range of topics will be continuously updated to fit with the relevance of current research topics. The concrete research topics will include, for example, the Extended Finite Element Method, Phase field methods or Discrete Element Method, for the analysis of fracture and fragmentation processes, coupled (thermo-mechanical, hydro-mechanical, chemi-mechanical) multiphase models (e.g for analysis of ground water flow), durability analysis, multi-scale model (e.g for Fiber composites), efficient method for fluid dynamics simulations (Computational Fluid Mechanics), methods for structural optimization or current development in High Performance Computing. Depending on the topic, guest lectures will be included.

Die Studierenden gewinnen anhand ausgewählter aktueller Forschungsthemen einen Einblick in den Stand der Forschung im Bereich numerischer Methoden in der Strukturmechanik und verfügen über Kenntnisse zu ausgewählten numerischen Berechnungsverfahren und deren Anwendung in den Ingenieurwissenschaften. Durch das große Spektrum der behandelten Themen soll das große Zukunftspotential moderner numerischer Modelle und Methoden der Strukturmechanik zur Lösung herausfordernder Problemstellungen vermittelt und Interesse für eigenes forschungsnahes Arbeiten geweckt werden.

In der Lehrveranstaltung werden in einzelnen thematischen Moduln aktuelle Forschungsthemen aus dem Bereich der numerischen Modellierung und Simulation in der Strukturmechanik vorgestellt. Dabei werden in kompakter Form für jedes Thema die theoretischen Grundlagen, die spezifischen numerischen Methoden und Algorithmen sowie ausgewählte Anwendungsbeispiele erläutert. Die Themenpalette wird je nach Relevanz aktueller Forschungsthemen laufend angepasst. Sie umfasst beipielsweise neuartige numerische Methoden, wie z.B. die Extended Finite Element Method, Phasenfeldmethoden oder Discrete Element Methods, z.B. für Analysen von Bruch-und Fragmentierungsprozessen, gekoppelte (thermomechanische, hydromechanische oder chemomechanische) Mehrphasenmodelle, z.B. für Analysen von Grundwasserströmungen, Dauerhaftigkeitsanalysen, Mehrskalenmodelle (z.B. für Faserverbundwerkstoffe), effiziente Methoden für strömungsmechanische Simulationen (Computational Fluid Mechancis), Methoden zur Strukturoptimierung oder aktuelle Entwicklungen im High Performance Computing. Je nach Themenstellung werden Gastvorträge eingebunden.