Forschung

Granulatförmige Materialien sind in unserem täglichen Leben allgegenwärtig. Das gleiche körnige Material kann sich wie ein Feststoff und eine Flüssigkeit verhalten, was eine gewaltige Herausforderung für die Stoffmodelle und numerischen Methoden darstellt. Konstitutive Modelle für das feststoff- und flüssigkeitsähnliche Verhalten wurden traditionell für die jeweiligen Strömungsregime in verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen entwickelt, die kaum Schnittmengen aufweisen. Ein einziges konstitutives Modell, das in der Lage ist, das transiente Verhalten bei Phasenübergängen sowohl im feststoffähnlichen als auch im flüssigkeitsähnlichen Bereich zu beschreiben, ist eine anspruchsvolle Aufgabe mit enormem Anwendungspotenzial. MOTRAN stellt sich dieser Herausforderung mit einem einfachen, aber genialen Ansatz, indem es die Spannungsrate in einen Reibungs- und einen Kollisionsanteil zerlegt. Durch die Übernahme unseres hypoplastischen Modells für den Reibungsteil und einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit für den Kollisionsteil führt dieser Ansatz zu einem unkonventionellen konstitutiven Modell mit einer Dehnungsrate 2. Ordnung ähnlich der Bewegungsbeschleunigung, das als hervorragender Klassifikator für stetige und stabile Strömungen dient. Dieses konstitutive Modell wird dann um eine Längenskala im mikropolaren Kontinuum für die Multiskalenanalyse erweitert. Basierend auf der Mischungstheorie werden die Feldgleichungen erstmals in Ratenform aufgestellt und durch ein mehrschichtiges SPH-Modell diskretisiert. Für eine polydisperse Granulatströmung mit einzelnen großen Partikeln wird das SPH-Modell mit einem eigens entwickelten Surface Mesh Represented DEM gekoppelt, um Partikel beliebiger Form zu simulieren. Es werden fortschrittliche Lösungstechniken entwickelt, die auf Multi-GPU-Beschleunigung basieren, um groß angelegte Probleme mit hoher Wiedergabetreue zu simulieren. Das konstitutive Modell wird durch Laborexperimente an natürlichen körnigen Materialien und deren transparentem Ersatz kalibriert. Das numerische Modell wird durch skalierte Modelltests unter erhöhter Beschleunigung in der Zentrifuge sowie durch reale Fälle unserer Datenbank validiert. MOTRAN ist ein spannendes Unterfangen mit dem Potenzial, ein neues Paradigma herbeizuführen, das die Art und Weise, wie transiente granulare Strömungen modelliert werden sollen, revolutionieren wird.

Analyse und Beurteilung bestehender lawinen-relevanter geokommunikativen Implementierungen. Dieser Prozess zielt darauf ab, Stärken und Schwächen der gegenwärtigen Umsetzungen zu identifizieren, um wertvolle Erkenntnisse für eine Weiterentwicklung zu gewinnen. Eingrenzung und Definition der Ziele im Bereich der Geo-Kommunikation, Usability, Geodatengrundlagen und Praxisrelevanz werden erfasst. Die Ergebnisse der Evaluierung bilden die Grundlage für die Gestaltung optimierter Methoden und Workflows im Rahmen eines noch zu definierenden Gesamtprojekts.

Im Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wird der Altausseer See - im steirischen Salzkammergut in Österreich gelegen - mit modernsten hydroakustischen Messmethoden vermessen und hydrobiologisch sowie mikrobiologisch untersucht. Die Idee zu dieser umfassenden Erforschung des Sees hatte der berühmte US-Ozeanforscher Walter Munk, der als gebürtiger Österreicher viele Sommer und Winter seiner Kindheit in Altaussee verbrachte. Forscher des Ozeanografischen Instituts Scripps in Kalifornien, an dem auch Walter Munk einst gearbeitet hat, widmen sich insbesondere dem Vorkommen und - sofern vorhanden - der Verteilung von Mikroplastik im Wasserkörper. Mithilfe eines hochauflösenden Fächerecholots wird ein präzises 3D-Modell des Seebeckens erstellt. Es ist hochdetailliert und zeigt somit Sedimentformationen, größere Steine, Risse, die im See verlegten Leitungen sowie die trichterförmigen Krater (Karstquellen) von unterschiedlicher Ausdehnung und Tiefe. Zur genaueren Untersuchung des geologischen Aufbaus des Seebeckens werden Sedimentecholote mehrerer Typen eingesetzt. Die Wellen dieser Echolote dringen in den Seeboden ein und liefern ein grafisches Abbild der Sedimentschichtung des Bodens. Dadurch lassen sich in den Messdaten zum Beispiel aktive von inaktiven Karstquellen unterscheiden oder historisch bedeutsame Naturereignisse wie große Hangrutschungen werden sichtbar. Ein ferngesteuerter Unterseeroboter mit Greifarm wird in die Karstquellenkrater geschickt, um die geologische Situation sowie dort eventuell vorkommenden Fische filmisch zu dokumentieren. Mit einem speziellen Greifer werden auch Proben von Sedimenten des Seebodens entnommen. Desweiteren erfassen Kollegen vom Ozeanografischen Institut Paul Ricard aus Frankreich sowie Mikrobiologe Christoph Steininger von der Medizinischen Universität Wien chemische und physikalische Daten des Wasserkörpers. All diese Daten dienen schlussendlich dazu, genauere Aussagen über die Hydrobiologie, Wasserqualität und den Wasseraustausch im See und mit dem umliegenden Karstsystem machen zu können.