Der Header zeigt einige Abbildungen, welche repräsentativ für den Forschungsbereich Festigkeitslehre und Biomechanik sind. Links ist ein Eisenbahntunnel abgebildet, wobei die Tunnelschale entsprechend der Spannungsverteilung zufolge numerischer Berechnungen eingefärbt ist. Diese Abbildung ist überlagert durch den berechnen Tunnelauslastungsgrad, dem Verhältnis aus tatsächlicher Belastung der Tunnelschale und der maximalen Belastbarkeit. Am rechten Rand des Headers ist ein Knochen abgebildet, wobei teilweise die kortikale und trabekuläre Mikrostruktur des Knochens sichtbar ist. Außerdem ist ein repräsentatives Volumenelement abgebildet, welches die Mikrostruktur von kortikalem Knochen, bestehend aus Knochenmatrix und Haversianischen Poren, repräsentiert. Neben der Abbildung des Knochens sind zwei Schnittbilder der Knochenmikrostruktur zu sehen, welche wieder Haversianische Poren sowie Lakunen zeigen. Am unteren Bildrand ist eine DNA-Struktur abgebildet. In der Bildmitte sind über drei Zeilen verteilt mathematische Formeln zu sehen. Die Formel in der ersten Zeile repräsentiert das Prinzip der virtuellen Leistungen, die Formel in der zweiten Zeile zeigt den Zusammenhang zwischen mikro- und mikroskopische virtuellen Geschwindigkeiten und die Formeln in der dritten Zeile beschreiben den Zusammenhang zwischen makroskopischen Spannungstensoren und den zugehörigen mikroskopischen Größen, einmal auf Kontiuumsebene und einmal für Stabsysteme.

© ÖBB (Tunnel), antonel – stock.adobe.com (Hintergrund), Ch. Hellmich, S. Scheiner

Forschungsbereich Festigkeitslehre und Biomechanik

Seit den fundamentalen Beiträgen von Galileo und Cauchy ist die Festigkeitslehre aus dem weiten Gebiet der angewandten Physik und vor allem des Bauingenieurwesens nicht mehr wegzudenken. Im selben Pioniergeist hat sich der Forschungsbereich für Festigkeitslehre und Biomechanik dem möglichst allumfassenden Verständnis der mechanischen Festigkeit von Materialien und Strukturen verschrieben, beginnend mit so klassischen wie erfolgreichen Konzepte wie Balkentheorie und makroskopischen spannungsbasierten Versagenskriterien, über deren Verknüpfung mit mikroskopischen und nanoskopischen Effekten, bis hin zu molekularer Mechanik und Elektronendichtefunktionaltheorie. Vor allem im weiten Feld der Mehrskalenmodellierung hat sich der Forschungsbereich für Festigkeitslehre und Biomechanik als Protagonist und Vorreiter in der internationalen Forschungslandschaft etabliert.

Hervorzuheben ist die Entwicklung neuer theoretischer und experimenteller Konzepte aus einer Vielzahl von behandelten praktischen Ingenieurprobleme (wie z.B. Lochfraßkorrosion, Ölpipelines unter Steinschlag, alternde Straßenbahnschienen, Dauerhaftigkeit von Tunneln), und die Erweiterung dieser Konzepte in Hinblick auf offene Fragen der Biomechanik im weitesten Sinne (hierarchisches Tragverhalten von Knochen und biologischen Geweben im Allgemeinen, Deformationsverhalten von DNA-Makromolekülen, systembiologische Beschreibung von Zellpopulationen und ihrer bio-chemo-mechanischer Interaktion, Anwendung materialmechanischer Konzepte in der Epidemiologie).

 

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