Aufgrund der Klimakrise ist eine steigende Zahl an Naturereignissen, wie Lawinen, Steinschlag und Murgängen in Gebirgsregionen zu erwarten. Daher drängt die Frage nach ausreichendem Schutz von Leben und ziviler Infrastruktur vor diesen Gefahren. Diesen sollen eigens konzipierte Schutznetze garantieren.
Dank ihrer flexiblen Struktur sind sie in der Lage mittels großer Deformationen enorme Energien aufzunehmen. Neben der geometrischen Nichtlinearität durch die elastische Verformbarkeit des Netzes begünstigt die geplante Plastifizierung einzelner Bauteile, sogenannter Bremsen, den Lastabtrag der Schutzkonstruktion.
Um bei der Entwicklung und Bemessung der Konstruktion auf ressourcenintensive Feldversuche verzichten zu können, soll eine Simulationssoftware entwickelt werden. Für die Modellierung von Murgängen ist die Material Point Method (MPM) besonders geeignet, da sich damit stark verformende Kontinua gut abbilden lassen. Die Netzstrukturen werden mit der Finiten Element Methode (FEM) diskretisiert.
Um bei der Weiterentwicklung, Bemessung und Optimierung der Konstruktion auf ressourcenintensive Feldversuche verzichten zu können, soll eine Simulationssoftware entwickelt werden. Für die Modellierung von Murgängen ist die Material Point Method (MPM) besonders geeignet, da sich damit stark verformende Kontinua gut abbilden lassen. Hierbei wird der Kontinuumskörper in eine diskrete Anzahl (lagrange‘scher) Materialpunkte aufgeteilt, welche sich durch ein festes (euler‘sches) Berechnungsnetz bewegen.
Die Materialpunkte tragen die physikalischen Informationen des Kontinuums wie die Materialeigenschaften, Geschwindigkeiten, Spannungen etc. Diese Informationen werden je Berechnungsschritt auf die Knoten des Berechnungsnetz übertragen, wo die Gleichgewichtsbedingungen gelöst werden. Die Lösung des Berechnungsnetzes wird daraufhin auf die Materialpunkte projiziert und dessen Lage anschließend aktualisiert.
Die Netzkonstruktionen werden mit der Finiten Element Methode (FEM) diskretisiert. Ein wichtiges Element hierbei ist das Sliding Cable Element. Dieses beinhaltet Zwischenknoten, an denen beispielsweise das Seil umgelenkt werden kann oder die sich entlang des Seils verschieben können, ohne unphysikalische Längskräfte zu erzeugen.
Um die Beanspruchung der Schutzstrukturen bei Murgängen simulieren zu können, muss eine geeignete Strategie gefunden werden, die MPM und die FEM miteinander zu koppeln. Dabei sollten Nebenphänomene wie zum Beispiel die Drainage der Mure beim Aufprall auf die durchlässige Barriere berücksichtigt werden.