Sascha Eisenträger

seit 08/2023	Promovierter wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik (IWTM), Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
08/2022 – 08/2023	Promovierter wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik, Technische Universität Darmstadt
01/2019 – 07/2022	Assistenzprofessor für Numerische Mechanik im Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Universität von Neusüdwales (UNSW Sydney), Australien
10/2014 – 01/2019	Promovierter wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik (IFME), Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
06/2010 – 09/2014	Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik (IFME), Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (Doktorand)
09/2014	Promotion: Maschinenbau (Dr.-Ing.), Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Dissertation: Higher Order Finite Elements and the Fictitious Domain Concept for Wave Propagation Analysis
05/2010	Diplom: Maschinenbau (Dipl.-Ing.), Vertiefung: Angewandte Mechanik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Diplomarbeit: Entwicklung eines finiten 3D Schichtelementes nach der p-Methode für die Berechnung von Lambwellen in Faserverbundstrukturen
01/2008 – 06/2008	Auslandssemester an der Universität von Adelaide (University of Adelaide), Australien

Aktuelle Projekte

Strategien zur dynamischen Adaption der Diskretisierung basierend auf höherwertigen Übergangselementen für die Analyse von Wellenausbreitungsvorgängen mittels Hochleistungsrechnern
Laufzeit: 01.08.2022 bis 31.07.2025

Methoden der adaptiven Netzverfeinerung (AMR) sind in vielen industriellen und auch wissenschaftlichen Anwendungen unbedingt erforderlich, um den numerischen Aufwand zu reduzieren und dadurch komplexe Problemstellungen überhaupt erst handhabbar zu machen. Betrachtet man jedoch die gegenwärtige Literatur zum Thema AMR, kristallisieren sich einige Unzulänglichkeiten heraus, die noch gelöst werden müssen. Um eine lokale Netzverfeinerung zu erreichen, müssen entweder hybride Netze bestehend aus Simplex- und Tensor-Produkt-Elementen oder Zwangsbedingungen genutzt werden. Beide Ansätze führen jedoch unweigerlich zu lokalen Genauigkeitsverlusten. Darüber hinaus werden in industriellen Anwendungen oft lineare Ansatzfunktionen verwendet, weshalb nur eine algebraische Konvergenz erzielt werden kann. Im wissenschaftlichen Umfeld gibt es selbstverständlich auch Ansätze für eine vollständige hp-Adaptivität. Diese Verfahren sind aber aufgrund ihrer Komplexität in der Implementierung auf Netze mit einem hängenden Knoten pro Elementkante/-fläche ausgelegt und weisen Schwächen in der Anwendung auf hoch dynamische Prozesse (explizite Zeitintegration) auf, da diagonale Massenmatrizen nicht verfügbar sind. Anzumerken ist, dass im Vergleich zu einfachen h-Verfeinerungen aber exponentielle Konvergenzraten erreicht werden können. Die genannten Probleme können durch höherwertige Übergangselemente, die auf der Basis der sogenannten gemischten (transfiniten) Interpolation hergeleitet werden, leicht beseitigt werden. Die Elementformulierung beruht auf Vierecks- bzw. Hexaederelementen im Referenzgebiet und kann beliebige Diskretisierungen miteinander koppeln. Im Prinzip können verschiedenste Elementfamilien gekoppelt werden, die sich nicht nur in Größe oder Ansatzordnung unterscheiden. Da der Funktionsraum nicht durch Zwangsbedingungen eingeschränkt werden muss, müssen auch keine Kompromisse hinsichtlich der Genauigkeit eingegangen werden. Für hochfrequente, transiente Berechnungen werden in diesem Projekt außerdem noch geeignete Methoden zur Diagonalisierung der Massenmatrix erarbeitet. Die entstandene Elementfamilie bildet die Basis für dynamische Netzverfeinerungen. Das besondere Merkmal dieses Ansatzes ist die gezielte Kombination von Verfeinerungs- und Vergröberungsschritten, die in jedem Zeitschritt der Simulation ausgeführt werden. Damit können optimale Konvergenzraten unter möglichst geringem numerischen Aufwand erzielt werden. Um die Effizienz der entwickelten Technik weiter zu steigern, werden die Algorithmen für Hochleistungsrechner aufbereitet. Die herausragenden Eigenschaften der vorgeschlagenen Methodik werden an ausgewählten Beispielen der Wellenausbreitung verdeutlicht. Dazu werden die kontinuierliche Strukturüberwachung mittels geführter Wellen in mikrostrukturierten Materialien und die Analyse seismischer Aktivitäten genutzt.

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Abgeschlossene Projekte

Erweiterung fiktiver Gebietsmethoden hoher Ansatzordnung auf unstrukturierte Netz
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.01.2019

Durch den Einsatz leistungsfähiger Computertomographen (CT) lassen sich heute reale Geometrie- und Eigenschaftsinformationen zur Mikrostruktur von zellularen Werkstoffen und Strukturbauteilen aus heterogenen Materialien gewinnen. Diese Daten ermöglichen es prinzipiell, die lokale Mikrostruktur bei strukturmechanischen Berechnungen zu berücksichtigen und deren Einfluss auf das globale Bauteilverhalten zu ermitteln. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die fiktiven Gebietsmethoden, wie die Finite-Zellen-Methode (FCM) und die auf den Antragsteller zurückgehende Spektrale-Zellen-Methode (SCM) weiterentwickelt und auf reale Problemstellungen angewandt werden.Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt auf der Entwicklung von neuen Methoden und Algorithmen zur Nutzung der FCM und der SCM für unstrukturierte Netze. Zunächst erfolgt die Erweiterung der Methoden auf Tetraedernetze, mit denen nahezu problemlos beliebige Geometrien diskretisiert und adaptive Netzverdichtungen realisiert werden können. Das generelle Lösungskonzept wird aber derart entwickelt, dass es auf weitere Elementtypen wie Prismen und Pyramiden sowie vielseitige (polyedrische) Elementgeometrien angewandt werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes besteht in der Verbesserung der Approximationsqualität durch höherwertige knotenbasierte sowie hierarchische Ansatzfunktionen, mit denen hohe Konvergenzraten und somit effiziente Berechnungsstrategien erreicht werden können. Offene Fragestellungen, z.B. zum Verhältnis der Zellgröße zu den charakteristischen Abmessungen der Mikrostruktur und dadurch notwendige lokale Netzverfeinerungen oder zur ausreichend genauen Berücksichtigung der Mikrostruktur durch angepasste Integrationsverfahren werden ebenso detailliert untersucht wie Zeitintegrationsverfahren, die bei dynamischen Problemen die Rechenzeit und die Lösungsqualität zusätzlich beeinflussen.Abschließend werden die für unstrukturierte Netze entwickelten neuen Zellenmethoden auf zwei komplexe Problemstellungen, die Festigkeitsanalyse von Druckgussbauteilen mit Poren und die thermo-akustische Simulation von zellularen Dämmmaterialien, angewandt, getestet und die Lösungsqualität bewertet. In beiden Fällen erfolgt eine automatisierte Erfassung der Mikrostruktur mit Hilfe von CT-Messungen, aus denen reale Geometrie- und Materialdaten der Berechnung in Form von Voxeldaten zur Verfügung gestellt werden. Unter anderem werden hier Fragen der Steuerung der Ergebnisqualität durch adaptive Verfeinerung der Tetraederzellen untersucht. Die mit den neuen Zellenmethoden erzielten Berechnungsergebnisse werden zusätzlich auch mit experimentell ermittelten Daten verglichen und bewertet.

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Granulare Medien zur Schwingungsreduktion
Laufzeit: 01.01.2016 bis 13.07.2017

Im Rahmen der Schwingungs- und Schallreduktion können neben etablierten Systemen auch weiterführende passive Konzepte verwendet werden, die eine Füllung von Kavitäten durch granulare Medien vorsehen. Dabei werden die positiven Dämpfungseigenschaften von granularen Materialien ausgenutzt und am Beispiel einer Ölwanne gezeigt, dass deutliche Schwingungsreduktionen, ohne Erhöhung der Masse und ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen, realisiert werden können. Bedingt durch die im Betrieb unvermeidliche Verteilung des Granulates in einer großen Kavität und dem damit einhergehenden deutlichen Einfluss auf das Schwinungsverhalten der Struktur, wurde eine Struktur mit vielen kleinen Kavitäten abgeleitet. Aufgrund des vorteilhaften Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis können in diesem Zusammenhang Honigwabenstrukturen eingesetzt werden, deren optimale Füllung abgeleitet wurde.
Im Anschluss wurden verschiedene alternative Materialien untersucht, bei denen granulares Gummi die besten Ergebnisse erzielte, da die Verformung des Materials als zusätzliche Dissipationsquelle fungiert. Die entstandenen Methoden können analog auf andere Fragestellungen angewand werden, was zur Definition einer
allgemeinen Methodik führte, die sowohl für horizontale als auch für vertikale Applikationen anwendbar ist.

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DFG-Paketantrag PAK357 (3. Förderperiode): "Integrierte Bauteilüberwachung in Faserverbunden.." Teilprojekt TP3: "Modellierung und numerische Berechnung der Ultraschallwellenausbreitung in heterogenen Strukturen unter Einbeziehung von Schädigungen"
Laufzeit: 01.01.2014 bis 31.12.2015

Im Teilprojekt TP3 werden numerische Methoden zur Simulation der Ausbreitung von Ultraschallwellen/Lambwellen in luftfahrttypischen Leichtbaustrukturen mit einem heterogenen Materialaufbau, wie z.B. Sandwichstrukturen mit einem Waben- oder Schaumkern, entwickelt und experimentel erprobt. Für die experimentelle Erprobung wird ein 3D-Laser-Scanning-Vibrometer eingesetzt. Das TP3 soll klären, wie sich Ultraschallwellen in heterogenen Strukturen ausbreiten, wie die Wellen mit inneren Grenzflächen und Schäden, z.B. Ablösen der Deckschichten, Schädigung der Kernschicht infolge eines Impacts, interagieren und wie ein optimales Schadensüberwachungssysten zweckmäßig zu gestalten ist. Da man für die Simulation der hochfrequenten Ultraschallwellen mit klassischen finiten Elementen mit linearen oder quadratischen Ansatzfunktionen wegen der erforderlichen Diskretisierung (kleine Wellenlängen!) an die Grenzen der heutigen Rechentechnik stößt, werden unterschiedliche Möglichkeiten zur effektiven Berechnung komplexer Strukturen entwickelt und untersucht. Dazu gehören:(a) Semi-Analytische Finite-Element-Methoden, (b) Kopplung analytischer und numerischer Methoden,
© Modellvereinfachungen,(d) Finite Elemente hoher Ansatzordnung (Spektrale FEM, p-FEM, NURBS-FEM), (e) Erweiterung der Finite-Cell-Method (FCM) auf die Ausbreitung von Ultraschallwellen.

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Entwicklung spezieller finiter Elemente höherer Ansatzordnung für die Berechnung der Lambwellenausbreitung in Faserverbundstrukturen
Laufzeit: 01.01.2011 bis 31.12.2012

Geführten Ultraschallwellen in dünnen Faserverbundstrukturen - derartige Wellen nennt man nach ihrem Entdecker Horaz Lamb auch Lambwellen - breiten sich über größere Entfernungen aus und interagieren wegen ihrer geringen Wellenlängen auch mit kleinen Strukturschäden. Derartige Wellen lassen sich daher vorteilhaft für die Strukturüberwachung (englisch: structural health monitoring, abgekürzt SHM) einsetzen. Um die Ausbreitung derartiger hochfrequenter Wellen berechnen zu können, benötigt man eine extrem große Anzahl von konventionellen linearen finiten Elementen (mindestens 20 Elemente pro Wellenlänge) im Rahmen einer expliziten Zeitintegration, so daß man mit derartigen Berechnungen für reale Strukturbauteile schnell an die Leistungsgrenzen der heutigen Rechentechnik stößt. Deshalb liegt der Schwerpunkt des Dissertationsprojektes auf der Entwicklung und der Untersuchung verschiedener höherwertiger finiter Elemente (Polynomgrad p ≥ 3). Im einzelnen sind das p-Elemente auf Basis der normierten Integralen der Legendre Polynomen, Spektralelemente auf der Basis von Lagrange Polynomen sowie isogeometrische finite Elemente basierend auf nicht-uniformen rationalen B-Splines (NURBS).

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2025

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Implementation of isotropic hyperelastic material models - a template approach

Eisenträger, Sascha; Maurer, Lukas; Juhre, Daniel; Altenbach, Holm; Eisenträger, J.

In: Acta mechanica - Wien : Springer . - 2025, insges. 36 S. [Online first]