Bauwissenschaften

Die Abteilung „Bauwissenschaften“ (BW) schöpft ihre Vielfalt der Forschung vor allem aus konsequenter Anwendung naturwissenschaftlicher Grundlagen. Der Mehrwert der interdisziplinären Forschung zeigt sich in der erfolgreichen Einwerbung großer Kooperationsprojekte, bei denen häufig naturwissenschaftliche Fakultäten der UDE und anderer Universitäten, vor allem des Ruhrgebietes, beteiligt sind.

Höhepunkte der Forschung

Durch regionale und überregionale Kooperationen konnten in den letzten Jahren große Verbundprojekte eingeworben werden, die das Forschungsprofil deutlich schärfen. Zu den „Highlights“ gehört sicher das NRW-Forschungskolleg „Future Water“, das 2018 in die zweite Förderphase geht. Der ganzheitliche Ansatz des Projektes schärft den Forschungsschwerpunkt „Wasser“ der UDE und verbindet ingenieurswissenschaftliche, chemische, ökonomische, ökologische, medizinische und gesellschaftswissenschaftliche Aspekte. Die Bauwissenschaften sind mit zwei Projekten beteiligt (FG Siedlungswasser/-Abfallwirtschaft und Wasserwirtschaft).

Das FG Mechanik koordiniert auch die zweite Förderperiode des DFG Schwerpunktprogramms (SPP) 1748 „Zuverlässige Simulationstechniken in der Festkörpermechanik – Entwicklung nicht konventioneller Diskretisierungsverfahren, mechanische und mathematische Analyse“. Darin ist das FG auch mit zwei Projekten vertreten. Darüber hinaus ist das FG in zwei weiteren SPPs vertreten. Im SPP 2013 „Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen“ forscht das FG zur numerischen Abbildung von Eigenspannungen bei der Warmmassivumformung. Die computergestützte Modellierung der Schädigungsentwicklung in faserverstärkten Hochleistungsbetonen treibt das FG im Rahmen des SPP 2020 „Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab“ voran.

Das FG Massivbau nutzt Vorbilder der Natur (Bionik) zur Entwicklung neuartiger Deckensysteme. Weiterhin werden Zahnrädern aus Ultrahochleistungsbeton für die Erprobung im Maschinen- und Fahrzeugbau gefertigt. Hochleistungs-Aerogel-Beton ist sehr tragfähig und gleichzeitig wärmedämmend, was vollkommen neue Gestaltungsmöglichkeiten im Hochbau eröffnet. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Untersuchung, Entwicklung und Anwendung modernster Methoden der Informationstechnologie, beispielsweise für den Entwurf, die Überwachung und die Verstärkung von Brückenbauwerken als adaptive Tragwerke oder den Einsatz intelligenter Modelle in der Tragwerksplanung.

Das FG Metall- und Leichtbau untersucht das Anzieh- bzw. Tragverhalten von Schrauben unter statischer und dynamischer Beanspruchung. Dazu wird der deutschlandweit größte Anziehprüfstand betrieben. Die Ermüdungsfestigkeit von Schalentragwerken und anderen Stahlbauteilen wird auf der Basis bruchmechanischer Ansätze erforscht. Der Einfluss montagebedingter Imperfektionen an Stahlbauteilen ist Gegenstand eines IGF-Projektes. Im Interdisziplinären europäischen Vorhaben „BIOGASS“ werden Korrosionsprozesse und deren Auswirkungen bei Biogasanlagen untersucht.

Das FG Stadtplanung und Städtebau bearbeitet in zwei transdisziplinären Projekten das Themenfeld Stadt und Mobilität. Der Umbau der 200 km langen Betriebswege wird als Chance für eine Mobilitätswende der Region gesehen. Im BMVI-Projektcluster „Automatisiertes und vernetztes Fahren“ werden mit einem transdisziplinären Ansatz die Auswirkungen eines autonom und vernetzt fahrenden öffentlichen Nahverkehrs auf Gesellschaft, Stadtstruktur und Stadtraum erforscht.

Das FG Geotechnik entwickelte in einem vom BMWi geförderten Vorhaben Verankerungen für Anlagen zur Gewinnung von Energie aus Meereswellen. Derzeit werden mit Grundwasserströmung verbundene Erosionsprozesse in Böden auf kontinuumsmechanischer Basis beschrieben. In einem weiteren Projekt erforscht das FG zusammen mit der Universität Stavanger (Norwegen) die Eigenschaften mehrphasiger poröser Medien, um mit Hilfe von dreidimensionalen seismischen Reflektionsdaten Ölvorkommen zu erkunden.

Das FG Siedlungswasserwirtschaft nutzt molekularbiologische Eigenschaften der Bakterien aus Belebtschlamm, um biochemische Prozesse z.B. die Anaerobe Ammoniumoxidation (ANAMMOX) in der Kläranlage, besser zu verstehen und weiter zu optimieren. Die molekulare Analyse hilft, wenn der Klärprozess versagt oder modelliert werden soll. In zwei Projekten (Future Water und ARUS) wurden Akzeptanz- und Partizipationsstrukturen, die für jede Planung einer Baumaßnahme wichtig sind, untersucht. Als Beispiel dienten die Emscherregion sowie Flusssysteme in Südostasien (Mekong).

Die Emscher liegt auch dem FG Wasserwirtschaft am Herzen: Es untersucht die morphodynamischen und ökologischen Auswirkungen der Emscherrenaturierung in einem Kooperationsprojekt mit der Abteilung Aquatische Ökologie (Fakultät für Biologie) und der Emschergenossenschaft. Erwartet werden Erkenntnisse zur Verteilung und Entwicklung der Habitatzusammensetzung sowie der Stabilität des Gewässerbetts. Urbane und landwirtschaftliche Gewässerbelastungen werden im Rahmen einer Stoffstrombilanzierung untersucht, bei der die Einflüsse auf Organismen und Habitate quantifiziert werden.

Preise und Auszeichnungen

Posterpreis 2018: Maksim Karabasov (Thermag VIII, International Conference on Caloric Cooling) für den Beitrag „Anisotropy of electrocaloric effect in barium titanate”.

Der DAAD-Preis 2017 für ausländische Studierende der UDE ging an Nariman Afzali.

Auszeichnung des DASt 2018 für Lukas Makevičius für seinen Vortrag „Vorspannkraftverluste ermüdungsbeanspruchter vorgespannter Schraubverbindungen“.

Die Stiftung Mercator für interdisziplinären Themen nahm Hauke Gravenkamp im Oktober 2017 in die „Global Young Faculty V“ auf.

Der Innovationpreis Ingenieurwissenschaften 2018 der Sparkasse Niederrhein ging an Lisa Scheunemann für die Arbeit „Scale-bridging of Elasto-Plastic Microstructures using Statistically Similar Representative Volume Elements“.

Venator Preis 2017 für Anh Van Le für ihre Masterarbeit „Model-based analysis of microbial consortia and soluble microbial products dynamics in anammox biofilm reactors“

Brita GmbH Preis 2017 für Tobias Hesse für seine Masterarbeit „Evaluating the impact of pH on in-sewer biotransformation of antibiotics“, entstanden in Kooperation mit dem Advanced Water Management Center in Queensland (Australien).

Young Scientist Award an Elena Josefine Schäfer für ihre Masterarbeit „Entwicklung von Kriterien eines Bewertungssystems für die Entscheidungsfindung zur Realisierung einer weitergehenden Reinigungsstufe – aus der Perspektive eines Kläranlagen-Betreibers“, entstanden am Zentrum für Wasser- und Umweltforschung (ZWU).

Kooperationen und Internationales

Auf grund der zahlreichen Projektpartner in der Abteilung kann nur ein Ausschnitt der Kooperationen dargestellt werden.

Das FG IBB baut die Kooperationen mit der TU Budapest weiter aus und beantragt eine länderübergreifende Forschungskooperation im Bereich Building Information Management (EUREKA). Das FG Metall- und Leichtbau hatte die Federführung bei dem europäischen Forschungsvorhaben SIROCO, an dem insgesamt zehn Forschungspartner aus Deutschland, den Niederlanden, Großbritannien, Schweden und Finnland vertreten sind. Das FG arbeitet in einer Vielzahl europäischer Normenausschüsse auf den Gebieten der Herstellung von Stahltragwerken, Tragwerken aus nichtrostenden Stählen, Schalentragwerke, plattenförmige Bauteile und geschraubte Verbindungen.

Das FG Mechanik war maßgeblich an der Ausrichtung von drei internationalen Veranstaltungen beteiligt: der“ European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS) – Modern Finite Element Technologies 2017“, der 1st German-Brazilian Workshop on Computational Mechanics São Paulo, Brasil und das 3rd Seminar on the Mechanics of Multifunctional Materials Bad Honnef. Die Veranstaltung in São Paulo resultiert aus der intensiven Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Paulo De Mattos Pimenta (Universidade de São Paulo, Brasilien), die seit 2015 durch zahlreiche bilaterale Forschungsaufenthalte im Rahmen des Georg Forster-Forschungspreises der Alexander von Humboldt-Stiftung an Prof. Pimenta besteht. Das FG Siedlungs- und Abfallwirtschaft untersucht zusammen mit Prof. Ji Dong Gu von der University of Hong Kong, School of Biological Sciences die ANAMMOX-Bakterien, die sowohl in Kläranlagen als auch Meeressedimenten eine erhebliche Rolle beim Stickstoffumsatz spielen.

Perspektiven

Das FG IBB ist beteiligt an dem Forschungsantrag Future Water Campus (EFRE.NRW) mit einem Teilprojekt zum Aufbau und Management eines Campus-Informations-Systems. Beantragt wird außerdem die Entwicklung eines Seilroboters zur automatisierten Gebäudeherstellung (ZIM Mittelstandsförderung) und die Entwicklung eines intelligenten Managementleitstands für die Bau- und Immobilienwirtschaft (BMBF).

In zwei neuen DFG-Projekten des FG Materialwissenschaften sollen einerseits magnetoelektrische Effekte in Nanopartikeln untersucht werden, die gezielt dotiert werden, um größere Kopplungskoeffizienten hervorzubringen. Das zweite Projekt beschäftigt sich mit dem Poten­tial von ferroelektrischen Schichten als Solarzellenwerkstoff, der die ferroelektrische Struktur mit für eine Eigenschaftsoptimierung nutzt.

Im Rahmen eines DFG-Projektes wird der Membranversuchsstand des FG Metall- und Leichtbau um eine räumlich gekrümmte Version erweitert, die ebenfalls statische Belastungsversuche an vorgespannten Membran­großbauteilen die Verifizierung von Strukturberechnungen und der hinterlegten Materialsteifigkeitsparameter ermöglicht.