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Parmeteridentifikation für reibungsbehaftete Signorini-Probleme

Arbeitsgruppe:AG Modellierung und Wissenschaftliches Rechnen
Leitung: Prof. Dr. Andreas Rademacher ((0421) 218 63831, E-Mail: arademac@uni-bremen.de)
Bearbeitung: Magdalena Thode ((0421) 218-63837, E-Mail: m.thode@uni-bremen.de)
Projektförderung: DFG Research Training Group ": Parameter Identification -- Analysis, Algorithms, Implementations - Teilprojekt R1-3
Projektpartner:
Laufzeit: 01.04.2023 - 30.09.2025
Reibung spielt in zahlreichen mechanischen Prozessen eine entscheidende Rolle. Die Präzision numerischer Berechnungen hängt daher maßgeblich von der Auswahl des Reib-modells ab, welches seinerseits durch Parameter definiert wird. In diesem Projekt wird das reibungsbehafte Signorini-Problem behandelt, ein Modellproblem für einseitigen Kontakt bei linear-elastischem Materialverhalten. Hieraus ergibt sich die variationellen Formulierungen als Variationsungleichung 2. Art. Die Diskretisierung des Variationsproblems wird mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) realisiert. Die Modellparameter für die Reibung sind in der Regel nicht direkt messbar. Daher werden sie numerisch mittels Parameteridentifikation bestimmt. Dazu wird eine geeignete Ziel-funktion definiert und minimiert, welche die Differenz zwischen gemessenen und berechneten Werten quantifiziert. Die Kontaktnebenbedingungen und die strikte Trennung von Gleiten und Haften in der Reibung führen zu nicht-differenzierbaren Termen in der Variationsungleichung und damit zu einem nicht-differenzierbaren Parameter-zu-Zustands-Operator bei der Parameteridentifikation. Um effiziente, ableitungsbasierte Optimierungsmethoden anwenden zu können, wird das Problem durch das Hinzufügen eines ausreichend glatten Strafterms für die Kontaktbedingungen und durch Reibungsregularisierung geglättet. Auf diese Weise entsteht eine Familie regularisierter Parameteridentifikations-Probleme mit Nebenbedingungen in Form von Variationsgleichungen, die mit Standardtechniken lösbar sind. Das Ziel des Projekts besteht darin, einen adaptiven Algorithmus zu entwickeln und zu analysieren, der den Einfluss verschiedener Fehler ausbalanciert. Hierzu werden mittels der Dual-gewichteten-Residuen-Methode (DWR) Fehlerschätzer abgeleitet, die neben Diskretisierungsfehlern, numerischen Fehlern und Quadraturfehlern auch Fehler für den Strafterm und die Reibungsregularisierung einschließen.