TY - CONF A1 - Kemmler, Samuel A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rettinger, C. A1 - Köstler, H. T1 - A Fluid-Solid Coupled Micromechanical Simulation for the Analysis of Piping Erosion During the Seabed Installation of a Suction Bucket Foundation N2 - Suction buckets are a promising concept for the foundations of offshore wind turbines. During the installation process of a suction bucket, localized fluidization of the granular soil, so-called piping erosion, may lead to installation failure. A 3D fluid-solid coupled micromechanical simulation is presented to study the occurrence of piping. An Euler-Lagrangian coupling employs momentum exchange between the fluid phase and the geometrically resolved particles. We investigate the behavior of the soil for three cases with varying prescribed suction velocities. We observe piping in the case with the highest suction velocity by analyzing the deformation of the granular fabric and monitoring the differential pressure. The grains under the bucket wall-tip show the highest hydraulic gradients and forces at the onset of piping. This approach permits a detailed analysis of piping phenomena and brings novel insights on the triggering conditions for piping failure of suction-aided foundations. T2 - TC 105 International Symposium CY - Grenoble, France DA - 23.09.2024 KW - Micromechanical simulation KW - Piping erosion KW - Suction bucket foundation PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-629461 DO - https://doi.org/10.1088/1755-1315/1480/1/012024 SN - 1755-1307 VL - 1480 IS - 1 SP - 1 EP - 4 PB - IOP Publishing AN - OPUS4-62946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias A1 - Brauser, S. T1 - SmartWeld - Leichtbautechnik für Tragstrukturen von Offshore Windenergieanlagen N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - 11. Zukunftskonferenz Wind & Maritim CY - Rostock, Germany DA - 01.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbauprinzipien KW - Automatisierte Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56654 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - Sitzung des DVS Fachausschuss FA03 - Lichtbogenschweißen CY - Rostock, Germany DA - 11.10.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Offshore wind energy plays an important role for the desired transition towards a carbon dioxide free industry within the next decades. However, the grounding of the offshore wind plants governs the overall installation process besides bureaucratic bottlenecks. The application of lightweight principles in steel construction, e.g. the usage dissolved load-bearing structures, so called Jackets foundations, offer great potential in reducing the resource consumption, especially with respect to the needed amount of steel. In this context this presentation focuses on a fully digitalization of the welding manufacturing and as well as testing chain to enable a fully automated manufacturing as well as quality assessment of tubular nodes as key element of Jackets foundation structures. Furthermore, the relationship between the seam shape geometry and resulting fatigue strength is evaluated by numerical methods incorporating bionic principles. It is shown that tubular nodes can be welded fully automatically taking geometry tolerances into account. Moreover, the seam shape could be manufactured as requested by the numerical models which offers great potential for an extended lifetime. Subsequently, the improvements in resource efficiency and reduction of carbon dioxide emissions are evaluated by a life-cycle-assessment. T2 - Leichtbau in der Hauptstadtregion - Rohstoffe - Recycling - Rohstoffe: Kreislaufwirtschaft im Leichtbau CY - Berlin, Germany DA - 28.11.2022 KW - Offshore Windenergie KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56657 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - 9. Forum Leichtbau - Fortschrittliche Fertigungstechnologien und Werkstoffe für den Klimaschutz CY - Berlin, Germany DA - 29.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Bionik KW - Automatisierte schweißtechniche Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56655 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Hille, Falk A1 - Hofmann, Detlev A1 - Kind, Thomas ED - Isecke, B. ED - Krieger, J. T1 - Überwachung der Brücke Altstädter Bahnhof, Brandenburg./H. Begleituntersuchungen mit moderner Sensorik und zerstörungsfreier Prüfung N2 - Die B1 Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel wurde im Dezember 2019 aufgrund von während einer turnusmäßigen Inspektion entdeckten Rissen und Hohlstellen entlang der vorgespannten Längsträger gesperrt und im Mai 2021 abgebrochen. In der Zwischenzeit wurde die Brücke detailliert überwacht. Vor dem Abriss wurden zudem umfangreiche Untersuchungen zur Bestandsaufnahme und Schadensanalyse sowie Tests moderner Sensorik vorgenommen. Dabei konnte sowohl die richtige, zuvor nicht sicher bekannte Anzahl von Spanngliedern in den Querträgern sicher ermittelt werden als auch durch moderne Varianten der Schwingungsmessungen und der faseroptischen Sensorik zusätzliche Kenntnisse püber das Bauwerksverhalten ermittelt werden . In dem Beitrag werden die Verfahren mit ihren Möglichkeiten und Grenzen vorgestellt, die Ergebnissee an der Brücke in Brandenburg erläutert und zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert. T2 - 5. Brückenkolloquium CY - Ostfildern, Germany DA - 06.09.2022 KW - Monitoring KW - Brücke KW - Radar KW - Vibration KW - Faseroptik PY - 2022 SN - 978-3-8169-3549-0 SP - 555 EP - 566 PB - Expert Verlag CY - Tübingen AN - OPUS4-55627 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Überwachung der Brücke Altstädter Bahnhof, Branden-burg./H. N2 - Die B1 Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel wurde im Dezember 2019 aufgrund von während einer turnusmäßigen Inspektion entdeckten Rissen und Hohlstellen entlang der vorgespannten Längsträger gesperrt und im Mai 2021 abgebrochen. In der Zwischenzeit wurde die Brücke detailliert überwacht. Vor dem Abriss wurden zudem umfangreiche Untersuchungen zur Bestandsaufnahme und Schadensanalyse sowie Tests moderner Sensorik vorgenommen. Dabei konnte sowohl die richtige, zuvor nicht sicher bekannte Anzahl von Spanngliedern in den Querträgern sicher ermittelt werden als auch durch moderne Varianten der Schwingungsmessungen und der faseroptischen Sensorik zusätzliche Kenntnisse püber das Bauwerksverhalten ermittelt werden . In dem Beitrag werden die Verfahren mit ihren Möglichkeiten und Grenzen vorgestellt, die Ergebnissee an der Brücke in Brandenburg erläutert und zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert. T2 - 5. Brückenkolloquium CY - Ostfildern, Germany DA - 06.09.2022 KW - Monitoring KW - Brücke KW - Radar KW - Vibration KW - Faseroptik PY - 2022 AN - OPUS4-55628 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias T1 - Introduction to the Workshop Life Time Extension N2 - The article introduces the topic of life time extension for offshore wind turbines. On the one hand, analogies are drawn with the topic of old steel bridges. On the other hand, potential regulatory issues and minimum requirements are discussed. T2 - Workshop Offshore Wind CY - Berlin, Germany DA - 26.02.2025 KW - Life Time Extension KW - Offshore Wind PY - 2025 AN - OPUS4-62640 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kemmler, Samuel T1 - A Fluid Solid Coupled Micromechanical Simulation of Piping Erosion During the Installation of a Suction Bucket for the Foundation of an Offshore Wind Turbine N2 - We present our approach and methodology for simulating piping erosion, which occurs during the installation process of suction bucket foundations for offshore wind turbines. We show several simulations and analyze the hydrodynamic and contact forces acting on the granular fabric and the differential pressure of the fluid phase. We demonstrate weak scaling performance on the LUMI supercomputer with a parallel efficiency of up to 90% for 4096 Graphics Compute Dies. T2 - 9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS) CY - Lisbon, Potugal DA - 03.06.2024 KW - Offshore wind turbine KW - Suction bucket KW - Coupled fluid-particle simulation KW - High-performance computing PY - 2024 AN - OPUS4-60207 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kemmler, Samuel A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Artinov, Antoni A1 - Luu, Li-Hua A1 - Farhat, Abbas A1 - Philippe, Pierre A1 - Rettinger, Christoph A1 - Köstler, Harald T1 - A fully-resolved micromechanical simulation of piping erosion during a suction bucket installation N2 - Granular fluidization phenomena such as piping erosion represent a challenge to the delicate installation process of offshore suction bucket foundations. A detailed analysis of the complex conditions in terms of soil composition, soil state, and foundation installation parameters that may lead to piping can be very demanding, if at all possible, solely by experimental means or using macroscopic continuum-based seabed models. The present paper presents a fully-resolved fluid-coupled micromechanical approach for a three-dimensional numerical simulation of the installation process of a suction bucket using the lattice Boltzmann method and discrete element method. The developed model is validated using well-established benchmarks and calibrated by means of experimental data from physical model tests on relevant scenarios focusing on the local fluidization of fixed embedded suction buckets as well as on the suction-driven installation of unrestrained buckets. The qualitative and quantitative agreement with the experimental data both endorse the proposed methodology and highlight the physical soundness of the obtained results. Thereby, the paper shows that three-dimensional analyses of relevant local scenarios at a real scale with little macromechanical model assumptions are feasible. KW - Micromechanical simulation KW - Fluid–solid coupling KW - Piping erosion KW - Suction bucket foundation KW - Offshore wind support structure KW - High-performance computing PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-633790 DO - https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2025.107375 SN - 0266-352X VL - 186 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-63379 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -