Mechanik, insbesondere Strukturmechanik und Strukturberechnung

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

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil.

Sandra Klinge

Fachgebietsleiterin

sandra.klinge@tu-berlin.de

+49 (0) 30 314 23456

Sekretariat C8-3
Gebäude M
Raum 126
Adresse Straße des 17. Juni 135
10623 Berlin

Zur Person

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.

Forschungsinteressen

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)

Veröffentlichungen

Buch: Applications of Homogenization Theory to the Study of Mineralized Tissue

Das Buch “Applications of Homogenization Theory to the Study of Mineralized Tissue” ist eine Einführung in die Theorie der Homogenisierung. Gleichzeitig erklärt es, wie die Theorie auf verschiedene Probleme in der Biologie, Physik und im Ingenieurwesen angewendet werden kann. Diese nützliche Forschungsmonographie ist für angewandte Mathematiker, Ingenieure und Geophysiker geeignet. Für Studenten und Dozenten ist es ein gut abgerundeter und umfassender Text zum Thema Homogenisierung.

Merkmale:

  • Deckt Anwendungen in der Geophysik und der Biologie ab,
  • Enthält neuere Ergebnisse, die in den klassischen Büchern zum Thema nicht zu finden sind,
  • Konzentriert sich auf evolutionäre Probleme; es gibt kaum Überschneidungen mit Büchern, die sich mit Variationsmethoden und T-Konvergenz beschäftigen,
  • Enthält neue Ergebnisse, bei denen die G-Grenzen eine andere Struktur haben als die ursprünglichen Operatoren.

Publications in journals (reviewed)

  • S. Aygün, T. Wiegold and S. Klinge. Coupling of the phase field approach to the Armstrong-Frederick model for the simulation of ductile damage under cyclic load. Int. J. Plast., 143:103021, 2021.
  • D. C. Haspinger, S. Klinge and G. A. Holzapfel. Numerical analysis of the impact of cytoskeletal actin filament density alterations onto the diffusive vesicle-mediated cell transport. PLoS Comput. Biol., 17(5):e1008784, 2021.
  • T. Wiegold, S. Klinge, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. Numerical simulation of the viral entry into a cell driven by receptor diffusion. Comput. Math. Appl., 84:224–243, 2021.
  • S. Aygün and S. Klinge. Thermomechanical Modeling of Microstructure Evolution Caused by Strain-Induced Crystallization. Polymers, 12 (11):2575, 2020.
  • S. Aygün and S. Klinge. Continuum mechanical modeling of strain-induced crystallization in polymers. Int. J. Solids Struct., 196–197:129–139, 2020.
  • S. Siddique, M. Awd, T. Wiegold, S. Klinge and F. Walther. Simulation of cyclic deformation behavior of selective laser melted and hybrid-manufactured aluminum alloys using the phase-field method. Appl. Sci., 8(10):1948, 2018.
  • S. Klinge, S. Aygün, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. Multiscale FEM simulations of cross-linked actin network embedded in cytosol with the focus on the filament orientation. Int. J. Numer. Methods Biomed. Eng., 34(7):e2993, 2018.
  • S. Klinge and K. Hackl. Application of the Multiscale FEM to the Determination of Macroscopic Deformations Caused by Dissolution-precipitation Creep. Int. J. Multiscale Comp. Eng., 14(2):95–111, 2016.
  • S. Klinge, K. Hackl and J. Renner. Mechanical Model for Dissolution-Precipitation Creep Based on the Principle of Minimizing Dissipation Potential. Proc. Roy. Soc. A, 471:2180–2202, 2015.
  • S. Klinge and P. Steinmann. Inverse Analysis for Heterogeneous Materials and its Application to Viscoelastic Curing Polymers. Comput. Mech., 55:603–615, 2015.
  • S. Klinge. Determination of the Geometry of the RVE for Cancellous Bone by Using the Effective Complex Shear Modulus, Biomechan. Model. Mechanobiol., 12(2):401–412, 2013.
  • S. Klinge, K. Hackl and R.P. Gilbert. Investigation of the Influence of Reflection on the Attenuation of Cancellous Bone. Biomechan. Model. Mechanobiol., 12(1):185–199, 2013.
  • S. Klinge, A. Bartels and P. Steinmann. The Multiscale Approach to the Curing of Polymers Incorporating Viscous and Shrinkage Effects. Int. J. Solid. Struct., 49:3883–3900, 2012.
  • S. Klinge, A. Bartels and P. Steinmann. Modeling of Curing Processes Based on a Multi-Field Potential. Single- and Multiscale Aspects. Int. J. Solid. Struct., 49:2320–2333, 2012.
  • S. Klinge and K. Hackl. Contribution of the Reflection to the Attenuation Properties of Cancellous Bone. Complex Var. Elliptic Equ., 57(2–4):425–436, 2012.
  • S. Klinge. Inverse Analysis for Multiphase Nonlinear Composites with Random Microstructure. Int. J. Multiscale Comp. Eng., 10(4):361–373, 2012.
  • S. Klinge. Parameter Identification for Two-Phase Nonlinear Composites. Comput. Struct., 108–109:118–124, 2012.
  • S. Klinge and K. Hackl. Application of the Multiscale FEM to the Modeling of Nonlinear Composites with a Random Microstructure. Int. J. Multiscale Comp. Eng., 10(3):213–227, 2012.
  • S. Ilic, K. Hackl and R. P. Gilbert. Application of a Biphasic Representative Volume Element to the Simulation of Wave Propagation through Cancellous Bone. J. Comput. Acoust., 19(2):111–138, 2011.
  • S. Ilic, K. Hackl and R.P. Gilbert. Application of the Multiscale FEM to the Modeling of Cancellous Bone. Biomechan. Model. Mechanobiol., 9(1):87–102, 2010.
  • S. Ilic and K. Hackl. Application of the Multiscale FEM to the Modeling of Nonlinear Multiphase Materials. J. Theor. Appl. Mech., 47:537–551, 2009.
  • K. Hackl and S. Ilic. Solution-precipitation Creep – Continuum Mechanical Formulation and Micromechanical Modelling. Arch. Appl. Mech., 74:773–779, 2005.

Publications in journals

  • S. Klinge, T. Wiegold, S. Aygün, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. Numerical modeling of the receptor driven endocytosis. PAMM, 21(1):e202100142, 2021.
  • S. Aygün and S. Klinge. Multiscale modeling of calcified hydrogel networks. PAMM, 21(1):e202100115, 2021.
  • T. Wiegold, S. Aygün and S. Klinge. Numerical simulation of low cycle fatigue behavior, combining the phase-field method and the Armstrong-Frederick model. PAMM, 21(1):e202100111, 2021.
  • S. Aygün and S. Klinge. Study of stochastic aspects in the modeling of the strain-induced crystallization in unfilled polymers. PAMM, 20(1):e202000031, 2021.
  • S. Klinge, T. Wiegold, S. Aygün, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. On the mechanical modeling of cell components. PAMM, 20(1):e202000129, 2021.
  • T. Wiegold and S. Klinge. Numerical simulation of cyclic deformation behavior of SLM-manufactured aluminum alloys. PAMM, 20(1):e202000181.
  • S. Aygün and S. Klinge. Coupled thermomechanical model for strain-induced crystallization in polymers. PAMM, 19(1):e201900342, 2019.
  • V. Fohrmeister, S. Klinge and J. Mosler. On the implementation of rate-independent gradient-enhanced crystal plasticity theory. PAMM, 19(1):e201900461, 2019.
  • T. Wiegold, S. Klinge, G. A. Holzapfel and R. P. Gilbert. Computational Modeling of Adhesive Contact between a Virus and a Cell during Receptor Driven Endocytosis. PAMM, 19(1):e201900161, 2019.
  • S. Aygün and S. Klinge. Study of the microstructure evolution caused by the strain‐induced crystallization in polymers. PAMM, 18(1):e201800224, 2018.
  • S. Klinge, S. Aygün and M. Bambach. Extended Simulations of the Roll Bonding Process. PAMM, 18(1):e201800257, 2018.
  • T. Wiegold, S. Klinge, S. Aygün, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. Viscoelasticity of cross‐linked actin network embedded in cytosol. PAMM, 18(1):e201800151, 2018.
  • S. Aygün and S. Klinge. Mechanical Modeling of the Strain-Induced-Crystallization in Polymers. PAMM, 17(1):389–390, 2017.
  • M. Bambach and S. Klinge. Consistency of Dynamic Recrystallization Models from the Perspective of Physical Metallurgy and Continuum Mechanics. PAMM, 17(1):395–396, 2017.
  • S. Klinge, T. Wiegold, G. A. Holzapfel and R. P. Gilbert. The Influence of Binder Mobility to the Viral Entry Driven by the Receptor Diffusion. PAMM, 17(1):197–198, 2017.
  • S. Klinge, S. Aygün, J. Mosler and G. A. Holzapfel. Cross-linked actin networks: Micro- and macroscopic effects. PAMM, 16(1):93–94, 2016.
  • S. Klinge and P. Steinmann. Determination of Material Parameters Corresponding to Viscoelastic Curing Polymers. PAMM, 15(1):315–316, 2015.
  • S. Klinge, A. Bartels, K. Hackl and P. Steinmann. Viscoelastic Effects and Shrinkage as the Accompanying Phenomena of the Curing of Polymers. Single- and Multiscale Effects. PAMM, 12(1):435–436, 2012.
  • A. Bartels, S. Klinge, K. Hackl and P. Steinmann. Single and Multiscale Aspects of the Modeling of Curing Polymers. PAMM, 12(1):303–304, 2012.
  • C. Günther, S. Ilic and K. Hackl. Application of the Green Tensor to the Modeling of Solution-Precipitation Creep. PAMM, 11:375–376, 2011.
  • S. Ilic and K. Hackl. Simulation of Diffusional Processes from the Microscopic and Macroscopic Point of View. PAMM, 9:429–430, 2009.
  • S. Ilic, K. Hackl and R. P. Gilbert. Effective Material Parameters of Bone. PAMM, 8:10175–10176, 2008.
  • S. Ilic, K. Hackl and R. P. Gilbert. Estimation of Material Properties of Cancellous Bone Using Multiscale FEM. PAMM, 7:4020015–4020016, 2007.
  • S. Ilic and K. Hackl. Multiscale FEM in Modelling of Solution-precipitation Creep. PAMM, 6:483–484, 2006.
  • S. Ilic and K. Hackl. Solution-precipitation Creep – Micromechanical Modelling and Numerical Results. PAMM, 5:277–278, 2005.
  • S. Ilic and K. Hackl. Homogenisation of Random Composite Via the Multiscale Finite Element Method. PAMM, 4:326–327, 2004.

Contributions in books and in proceeding books

  • S. Aygün and S. Klinge. Thermodynamical model for strain-induced crystallization in polymers. 25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics – Book of Abstracts, 1:2298–2299, 2021.
  • S. Aygün and S. Klinge. Modeling the thermomechanical behavior of strain-induced crystallization in unfilled polymers. Proceedings of the 8th GACM Colloquium on Computational Mechanics, 151–154, 2019.
  • T. Wiegold, S. Klinge, R. P. Gilbert and G. A. Holzapfel. Numerical simulation of the viral entry into a cell by receptor driven endocytosis. Proceedings of the 8th GACM Colloquium on Computational Mechanics, 401–404.
  • M. Awd, S. Siddique, J. Johannsen, T. Wiegold, S. Klinge, C. Emmelmann and F. Walther. Quality assurance of additively manufactured alloys for aerospace industry by non-destructive testing and numerical modeling. Proceedings of the 10th International Conference on Non-destructive Testing in Aero-space, 1–10, 2018.
  • S. Aygün, S. Klinge and S. Govindjee. Continuum Mechanical Modeling of Strain-Induced Crystallization in Polymers. Proceedings of the 7th GACM Colloquium on Computational Mechanics, 579–582, 2017.
  • R. P. Gilbert, A. Vasilic and S. Ilic. Homogenization Theories and Inverse Problems, Bone Quantitative Ultrasound. P. Laugier and G. Haiat (Eds.), Springer, 229-264, 2011.
  • S. Ilic and K. Hackl. Inverse Problems in the Modelling of Composite Materials. Proceedings of the Seventh International Conference on Engineering Computational Technology (ECT), B.H.V. Topping, J.M.Adam, F.J. Pallares, R. Bru and M.L. Romero (Eds.), Civil-Comp Press, Stirlingshire, Scotland, Paper 122, 2010.
  • R. P. Gilbert, K. Hackl and S. Ilic. Investigation of the Acoustic Properties of the Cancellous Bone. Progress in Analysis and its Applications, M. Ruzhansky and J. Wirth (Eds.), World Scientific, 570—5577, 2010.
  • S. Ilic and K. Hackl. Solution-precipitation Creep - Extended FE Implementation, Variational Concepts with Application to the Mechanics of Materials. Springer, 105—116, 2010.
  • K. Hackl, S. Ilic and R. P. Gilbert. Multiscale Modeling for Cancellous Bone by Using Shell Elements, Shell Structures: Theory and Applications. W. Pietrasckiewicz and I. Kreja (Eds.), Taylor & Francis Group CRC Press, 249–252, 2009.
  • S. Ilic and K. Hackl. Application of the Multiscale FEM to the Modeling of Heterogeneous Materials. Proceedings of the first Seminar on the Mechanics of Multifunctional Materials,
    J. Schröder and D. Lupascu and D. Balzani (Eds.), University of Duisburg-Essen, 47–51, 2007.