02.06.2022

Branchen-News

CULTWOOD: Simulation von Holzobjekten mit der Finite Elemente Methode

von Michael Kaliske / Josef Stöcklein / Gerald Grajcarek
Kleinprobenexperimente; a) schematischer Versuchsaufbau und Versuchsstand des Plattenstreifen- Experiments; b) schematischer Versuchsaufbau und Probekörper des Experiments zur Quelldruckspannung; c) schematischer Versuchsaufbau und drei Probekörper des Schwindspannungsexperiments

Kleinprobenexperimente; a) schematischer Versuchsaufbau und Versuchsstand des Plattenstreifen- Experiments; b) schematischer Versuchsaufbau und Probekörper des Experiments zur Quelldruckspannung; c) schematischer Versuchsaufbau und drei Probekörper des Schwindspannungsexperiments

Einblicke in die Arbeit des Forschungsprojekts CULTWOOD geben Restaurator Gerald Grajcarek M. A., Dipl.-Ing. Josef Stöcklein und Prof. Dr.-Ing. Michael Kaliske vom Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke, Technische Universität Dresden in einem Beitrag der RESTAURO (4/2022) und in einem Workshop in Dresden am 24. Juni in Dresden

Kleinprobenexperimente; a) schematischer Versuchsaufbau und Versuchsstand des Plattenstreifen- Experiments; b) schematischer Versuchsaufbau und Probekörper des Experiments zur Quelldruckspannung; c) schematischer Versuchsaufbau und drei Probekörper des Schwindspannungsexperiments
Kleinprobenexperimente; a) schematischer Versuchsaufbau und Versuchsstand des Plattenstreifen- Experiments; b) schematischer Versuchsaufbau und Probekörper des Experiments zur Quelldruckspannung; c) schematischer Versuchsaufbau und drei Probekörper des Schwindspannungsexperiments. Abb.: CULTWOOD

Hygro-mechanische Materialmodelle für Holz und Beschichtungen sowie Simulationen

Maßnahmen der präventiven Konservierung aber auch konservatorische und restauratorische Eingriffe werden in musealen Sammlungen wie auch in der denkmalpflegerischen Praxis nach den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten und Erfordernissen auf Grundlage des aktuellen Wissenstands und persönlicher Erfahrungen durchgeführt. Immer wieder stoßen Restauratoren dabei auf Situationen, bei welchen Objekte veränderten klimatischen und mechanischen Einflüssen ausgesetzt sind, deren Folgen nur vage eingeschätzt werden können. Beispielhaft dafür sind Situationen im Leihverkehr, ungeeignete Lagerungsbedingungen oder Neupräsentation von Objekten. Eine Möglichkeit, das langfristige Schadensrisiko an hölzernen Objekten, hervorgerufen durch mechanische oder hygromechanische Einflüsse, abzuschätzen, bietet die Modellierung und Simulation der Objekte in verschiedenen Klimaszenarien mittels der Finte Elemente Methode.

Im Rahmen des Forschungsprojekts CULTWOOD am Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke (ISD) der Technischen Universität Dresden in Kooperation mit der Hochschule für Bildende Künste Dresden (HfBK) und den Staatlichen Kunstsammlungen Dresden (SKD) werden komplexe hygro-mechanische Materialmodelle für Holz und Beschichtungen entwickelt, Simulationen durchgeführt und validiert. Die numerische Modellierung von Kulturobjekten aus Holz wird am ISD bereits seit einigen Jahren erfolgreich erforscht, weiterentwickelt und angewendet. Beispielsweise wurden im Rahmen des Forschungsprojekts VIRTEX – Virtual Experiments for Wooden Artwork“ russische Ikonen untersucht, simuliert und der Stand numerischen Simulation von Holzkulturgütern international diskutiert.

Ein Instrument zur Risikobewertung in der präventiven Konservierung

Wesentliches Ziel des Projekts ist, am Beispiel zweier Kulturobjekte aus dem Bestand der SKD ein Instrument zur Risikobewertung in der präventiven Konservierung zu validieren. Dafür werden originalgetreue Nachbildungen eines Tafelgemäldes und eines bemalten Schranks erstellt, verschiedenen Klimata ausgesetzt und photogrammetrisch vermessen, um die Simulationen anhand des Strukturverhaltens der Nachbildungen abzugleichen. Als Vorbild dient ein Tafelbild von Lucas Cranach d. Ä. (1506) des Katharinenaltars aus der Schlosskirche Wittenberg) und ein bemalter Schrank aus dem 18. Jahrhundert mit Oberlausitzer Provenienz. Zudem ist angestrebt, anhand der Validierungsexperimente die derzeitigen Möglichkeiten und Grenzen dieses Analysewerkzeugs aufzuzeigen und notwendige Forschungsfragen zur Konkretisierung und Spezialisierung dieses Werkzeugs zu entwickeln. Gleichermaßen sollen auf diesem Weg die Methode und das Analysewerkzeug in den Restaurierungs- und Denkmalwissenschaften verbreitet und bekannt gemacht werden.

Projektinhalte

Die Arbeitsschwerpunkte des Projekts beinhalten kunsttechnologische und fügekundliche Untersuchungen der ausgewählten Vorbilder als Grundlage für eine bestmögliche originalgetreue Nachbildung der zu simulierenden Repliken. Während den kunst- und fügetechnologischen Erkenntnissen über den Schrank praktische Untersuchungen zugrunde liegen, stützen sie sich bei der Cranachtafel auf vorangegangene Dokumentationen der SKD (Marx 1996) zum Objekt sowie auf den allgemeinen Kenntnisstand zur Kunsttechnologie der Cranachwerkstatt (Heydenreich 2007). Parallel zur Entwicklung der Materialmodelle für die Repliken finden umfangreiche Vorversuche zu deren Spezifikation statt. Zu diesen Vorversuchen zählen Experimente zur Parameterermittlung für Materialeigenschaften, reine Validierungsexperimente zur Untersuchung des Interaktionsverhaltens verschiedener Materialien sowie Experimente, die sowohl der Parameterbestimmung als auch der Validierung dienen. Diese Kleinprobenexperimente finden in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Holztechnologie Dresden (IHD) statt. Zuletzt werden die Simulationsergebnisse der Repliken mit den Messergebnissen der praktischen Experimente abgeglichen.

Lesen Sie mehr dazu in der RESTAURO 4/2022, die Ende Juni 2022 erscheint.

Außerdem:  Ende Juni findet dazu der Workshop CULTWOOD in Dresden statt. Er hat Ziel, die Anwendungsgebiete, Möglichkeiten und Grenzen numerischer Simulationen im Bereich des Kulturgüterschutzes vorzustellen und zu diskutieren. Seien Sie mit dabei!

 

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