Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung von Asphaltstraßen zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Ressourceneffizienzund Nachhaltigkeit

In diesem Projekt „FE 04.0303/2016/ORB“ wurden Methoden für die Dimensionierung
und Analyse von flexiblen Straßenbefestigungen entwickelt und implementiert.

Primär wurde das Programm flexCALC erstellt, das die rechnerische Dimensionierung
(gemäß RDO Asphalt) und die Substanzbewertung (gemäß RSO Asphalt) auf Basis
eines Finite-Elemente-Rechenkerns in einer einheitlichen Softwareplattform zusammenführt.
Des Weiteren steht in dem modular strukturierten Programm ein Rechenkern
auf Basis der Mehrschichtentheorie zur Verfügung. Dieser zeichnet sich durch seine
enorme Geschwindigkeit aus, unterliegt jedoch verschiedenen geometrischen und materiellen
Einschränkungen. Der durch der Fourier-Reihen unterstützte Rechenkern auf
Basis Finite-Elemente-Methode ermöglicht gegenüber der Mehrschichtentheorie die Berücksichtigung
anderer Geometrien und Randbedingungen. Beide Methoden gelten für
linear-elastische Statik.

Nichtlineare Materialmodelle und dynamische Effekte werden aufgrund ihrer Komplexität
in der Dimensionierungspraxis bislang nicht berücksichtigt. Detaillierte Analysen
erfordern allerdings deren Berücksichtigung, da die Ergebnisse unter idealisierten Annahmen
stark von der Realität abweichen können. Daher wurde ein Finite-Elemente-
Rechenkern mit rein polynomialen Ansatzfunktionen implementiert. Zur Auswahl stehen
verschiedene Modelle für ungebundene, granulare Materialien und ein etabliertes
Modell für viskoelastische Materialien. Zur Modellierung des Schichtenverbundes wurden
verschiedene Konstitutivgesetze und die dazugehörige Elementformulierung implementiert.
Außerdem ist ein expliziter Löser implementiert. Damit steht ein Werkzeugkasten
bereit, der die Weiterentwicklung der Dimensionierung unterstützen wird.

Besonderes Augenmerk wurde auf eine ausführliche Dokumentation sowie die Möglichkeit
zur einfachen Weiterentwicklung und Wartbarkeit gelegt. Durch aufwändige Verifikationen
wurde die Korrektheit der implementierten Algorithmen sichergestellt.