Die Einwirkungen für die übliche Nutzung von Bauwerken sind in den einschlägigen Normen geregelt. Im Gegensatz dazu fehlen für außergewöhnliche Einwirkungen aus Terroranschlägen oder Industriestörfällen eindeutige Regelungen zur Definition dieser Einwirkungen. Gegenstand von speziellen Betrachtungen im CWE ist deshalb die methodische Entwicklung von Risikobetrachtungen mit einer Identifizierung von Gefährdungsszenarien. Hierbei wird unter anderem auf die Ansätze der Probabilistischen Sicherheitsanalysen für Kraftwerke zurückgegriffen, die sich in der Praxis bewährt haben. Bei der Probabilistischen Sicherheitsanalyse (PSA) handelt es sich um ein systematisches Verfahren zur ganzheitlichen Bewertung der Systemsicherheit, dass auf der Fehlerbaum- und Ereignisablaufanalyse basiert. Die Forschungsschwerpunkte am CWE in dem Bereich lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Risikobetrachtungen
- Probabilistische Sicherheitsanalysen
- Fragilitätskurven und Konsequenzanalysen
- Response-Surface Methoden
- Polymorphe Unschärfemodelle
- Numerische Entwurfsmethoden
- Zuverlässigkeitsanalysen
- Schutzmaßnahmen
Im Rahmen der Fehlerbaum- und Ereignisablaufanalysen werden Fragilitätskurven benötigt, die als kumulative Verteilungsfunktionen den Zusammenhang zwischen Einwirkungsgrößen und der Versagenswahrscheinlichkeit beschreiben.
Zielsetzung am CWE ist es, zuverlässige Methoden zu entwickeln mit denen Fragilitätskurven auf Grundlage experimenteller Untersuchungen oder Simulationen systematisch ermittelt werden können. Als klassischer Lösungsansatz kommen Monte-Carlo-Simulationen zum Einsatz, in denen auf der Einwirkungsseite Belastungsintensitäten als stochastisch betrachtet werden. Die Streuungen auf der Widerstandsseite werden durch geeignete Verteilungsfunktionen berücksichtigt, die kontinuierlich oder mit Zufallsfeldern beschrieben werden können.
Zur Reduzierung des Rechenaufwands wird am CWE das Konzept des „Design of experiments“ (DOE) eingesetzt. Hierzu wird für jede berücksichtigte Einwirkungsintensität ein „Response surface model“ (RSM – „Metamodell“) in Abhängigkeit der signifikanten Einflussparameter aufgestellt, dass einen funktionalen Zusammenhang zwischen den Eingabeparametern und den Antwortgrößen darstellt. Mit den beschriebenen Methoden können auch multidimensionale Fragilitätskurven abgeleitet werden, mit denen die Versagenswahrscheinlichkeit mehrerer Komponenten gleichzeitig beschrieben werden kann. Die Umsetzung der Methoden im Rahmen probabilistischer Sicherheitsbetrachtungen erfolgt am CWE durch die Kopplung gängiger Programmsysteme (ANSYS, Abaqus, LS-Dyna…) mit speziell entwickelten Auswerteprogrammen und Softwarepaketen.