Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Sandra Klinge

Dr.-Ing. habil. Sandra Klinge ist seit Juli ‘‘21 Professorin für "Strukturmechanik und Strukturberechnung" (SMB) an der Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme der TU Berlin. Der Schwerpunkt ihrer wissenschaftlichen Arbeit liegt in der Entwicklung numerischer Methoden zur Simulation heterogener Materialien. In diesem Zusammenhang hat sie sich auf die Anwendung der Multiskalen-Finite-Elemente-Methode zur Lösung direkter und inverser Probleme fokussiert. Der große Rechenaufwand, die starke Nichtkonvexität, die Bestimmung der globalen Lösung sind nur einige der Herausforderungen, die für dieses Forschungsgebiet charakteristisch sind.

Frau Klinge absolvierte als DAAD-Stipendiatin den internationalen Masterstudiengang "Comp-Eng" an der Ruhr-Universität Bochum. An der gleichen Universität promovierte und habilitierte sie sich. Anschließend baute sie als Juniorprofessorin für "Computational Engineering" an der TU Dortmund eine eigene Forschungsgruppe auf.  Frau Klinge hat zahlreiche internationale Kooperationen, insbesondere auf dem Gebiet der Biomechanik und der Simulation von Umformprozessen. An der TU Berlin wird Frau Klinge an der Weiterentwicklung von numerischen Methoden wie statistischer Homogenisierung, isogeometrischer Analyse und maschinellem Lernen sowie an deren praktischer Anwendung arbeiten. Die TU Berlin bietet mit ihrer Vielfalt, der großen Zahl exzellenter Studierender und einem starken internationalen wissenschaftlichen Netzwerk ein ideales Umfeld für die Arbeit an diesen Themen.

Modellierung von Verbundwerkstoffen

Das Hauptthema der Forschungsarbeit befasst sich mit der Homogenisierungstheorie und ihrer Anwendung auf statistisch homogene Materialien deren Mikrostruktur durch ein repräsentatives Volumenelement (RVE) simuliert wird. Die Methode basiert auf der Lösung von Mikro- und Makrorandwertprobleme, die durch das Prinzip des Volumenmittelwerts und die Hill-Mandel-Makrohomogenitätsbedingung miteinander verbunden sind. Letztere erfordert die Äquivalenz der Makroleistung mit dem Volumenmittelwert der Mikroleistung und wird verwendet um die Randbedingungen für das RVE zu definieren.

Parameteridentifikation - Inverse FE2-Analyse

In vielen Fällen ist die Mikrostruktur von Verbundwerkstoffen nicht bekannt und nicht direkt zugänglich, so dass für ihre Untersuchung eine inverse Analyse erforderlich ist. Dieser Ansatz erfordert die Implementierung von zwei Werkzeugen: eine Optimierungsmethode zur Minimierung des Fehlerproblems und einen mechanischen Ansatz zur Lösung des direkten Problems, d.h. der Simulation von Verbundwerkstoffen. Eine mögliche Kombination betrifft z.B. Levenberg-Marquardt-Methode und die Multiskale-Finite-Elemente-Methode. Die typischen Beispiele in diesem Bereich untersuchen die elastischen Parameter für mehrphasige Materialien. Die Sensitivität in Bezug auf den Anfangswerten und der Einfluss des Messfehlers sind häufige Probleme bei der Bestimmung einer eindeutigen Lösung.

Weitere Themen:

• Simulation von Polymeren
• Simulation von Metallformungsprozessen
• Modellierung von Diffusionsvorgängen
• Untersuchung von Spongiosa (Schwammartiges Knochengewebe)
• Simulation der Endozytose (Eintritt von Viren in eine Zelle)