2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16527Meeresregionen mit Eisbedeckung sind für verschiedene Akteure attraktiv, z.B. für die Öl- und Gasindustrie, die Marine oder die Fischerei. Gleichzeitig ist bekannt, dass die Kollision von Meereis mit Schiffen oder Offshore-Strukturen schwere Schäden verursachen kann. Somit ist die Bedeutung von Designmethoden die Eislasten berücksichtigen gestiegen. Stand der Technik sind empirische Methoden und Modelleistests. Allerdings sind beide Methoden mit Nachteilen verbunden. Empirische Methoden liefern lediglich ungenaue, globale Eislasten. Modelleistests sind Gegenstand von Diskussionen über Skalierungsgesetze und die Verwendung von Zusätzen in der Herstellung von Modelleis. Numerische Simulationen sind eine mögliche Lösung. Simulationen können weitere Aspekte des Designprozesses, z.B. lokale Lasten oder verformbare Strukturen, abdecken, die bei den herkömmlichen Methoden nicht berücksichtig werden. Bei Simulationen von Eis-Struktur Interaktion (ESI) ist allerdings oft das Eismaterialmodell der limitierende Faktor. Das komplexe Verhalten von Eis wird von aktuellen Materialmodellen nur teilweise abgebildet. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, jene Effekte der ESI zu identifizieren die maßgeblich für Eislasten sind. Es soll ein multi-skalen Eismaterialmodell entwickelt werden, welches diese Effekte abbildet, aber ohne den Anspruch, das komplexe Verhalten gänzlich widerzuspiegeln. Die Kernideen sind eine Untergliederung in Teilmodelle und Skalierbarkeit. Jeder Effekt soll eindeutig in einem Teilmodell abgebildet sein. Ein Teilmodell soll die Entstehung von Makrorissen abbilden. Das Makrorissmodel soll in ein zweites Teilmodell für anisotrope Elastizität eingebettet werden. Zusätzlich sollen die Materialeigenschaften in einem dritten Teilmodell mit einer stochastischen Verteilung modelliert werden, um die Realität widerzuspiegeln. Des Weiteren soll das Materialmodell auf verschiedene Skalen von Szenarios anwendbar sein, was skalenabhängige Modellierung voraussetzt.Jedes Teilmodell soll möglichst separat mit Experimenten verifiziert werden. Abschließend soll das komplette Materialmodell anhand einer Simulation eines großmaßstäblichen in-house Versuchs verifiziert werden. Zusätzlich soll eine Serie von detailliert dokumentierten Benchmark-Experimenten erstellt werden, die zur Verifizierung von Eismaterialmodellen geeignet sind. Außerdem soll eine bereits existierende Datenbank von Eisexperimenten gepflegt und ausgebaut werden. Sowohl die Benchmark-Experimente als auch die Datenbank sollen der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.Mit erfolgreichem Abschluss des Projekts wäre die Simulation von vollmaßstäblichen Szenarios mit Salzwassereis in Reichweite.Ice covered sea areas have become attractive for various stakeholders. This includes e.g. oil and gas, navy and fishing. At the same time it is known that sea ice can cause significant damage. Hence the need for reliable ice load design methods for ships and offshore structures operating in these areas has increased. At present, this is mostly done with empirical methods or model scale ice tests. Both methods come with drawbacks. Empirical methods fail to predict ice-induced loading with sufficient accuracy and only give global ice loads. Mode scale ice tests are linked to controversial topics such as scaling laws or ways of making artificially weakened ice.In this regard, numerical simulations of ice interaction are a desirable tool. Simulations include additional aspects in the design process such as local loads or deformable structures which are not covered by current methods. However, the accuracy of simulations is limited by available ice material models, which only partially capture complex ice behavior. This research aims to identify dominant features of brittle ice structure interaction (ISI) with regard to ice loads. A multi-scale ice material model is to be developed which reflects these dominant features. The key concepts are the use of sub models, where every sub model reflects another aspect of ISI, and scalability, i.e. applicability of the material model to different scales. Three sub models will be used, one will reflect the bulk behavior of ice, e.g. elasticity, a fracture model will reflect multiple macro fractures and finally a stochastic model for the variation of material properties. Further, each sub model will be verified with a broad range of experiments on different scales. Ultimately, the complete material model will be verified against a large scale laboratory experiment. A series of well documented benchmark experiments will be established for comparison and verification of ice material models from other researchers. Additionally, an existing large data experimental data base will be used and extended within this project. Both the benchmarks and the data base will be made available to the public.Presuming success, a future transfer to full scale applications with saline ice is within reach.