Johannes Neumann, Oeser Markus, Reinhardt Uwe, Blasl Anita, Gustavo Canon Falla, Frohmut Wellner, Sascha Kayser

• 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.
• Methods for the dimensioning and analysis of flexible road pavements have been developed and implemented in this project “FE 04.0303/2016/ORB”. Primarily, the programme flexCALC has been created, which unifies mathematical dimensioning (according to German guideline RDO Asphalt) and condition assessment (according RSO Asphalt) based on a finite element kernel in one single software. In addition, a compute kernel based on multi-layer theory is available in the modularly structured program. The latter kernel is characterised by its enormous speed, but is subject to several geometric and constitutive restrictions. In contrast to multi-layer theory, the compute kernel based on the Fourier-supported finite element method allows investigations of a broader range of geometries and boundary conditions. Both methods apply to linear elastic statics. Due to their complexity, non-linear material models and dynamic effects did not yet make it into dimensioning practice. However, detailed analyses require their consideration, since results under an idealised perspective can differ greatly from reality. For this purpose, a finite element compute kernel with purely polynomial shape functions has been implemented. There is a choice of non-linear models for unbound, granular materials and an established model for viscoelastic materials. In order to treat interlaminar interaction, several constitutive laws and the associated element formulation have been implemented. An explicit solver has also been implemented. Thereby, a numerical toolbox is available for further development of dimensioning techniques. Special attention has been paid on detailed documentation and the ability for easy further development and maintainability. The correctness of the implemented algorithms has been established by an extensive verification scheme.