Die auf Offshore-Megastrukturen einwirkenden hydrodynamischen Belastungen und die daraus mittels Parametrisierung abzuschätzende langfristig eingeprägte und zu erwartende Lasthistorie stehen als übergeordnete Ziele im Fokus von TP A03. Die Modellierung der strukturbedingten Strömungsprozesse und Effekte in und mit der marinen Umwelt werden in TP A03 in enger Verzahnung mit TP A04 als weiteres Ziel verfolgt. Grundlegend herrscht ein gutes Verständnis der hydro- und ozeanographischen Einwirkungen auf meerestechnische Infrastrukturen. Eine nachhaltige Auslegung von Offshore-Megastrukturen verlangt robuste Abschätzungen von kurzfristigen Belastungen sowie von langfristig wirkenden, zu parametrisierenden hydrodynamischen Einwirkungen, deren Kombination und antizipierten Veränderungen im operativen Betrieb über den Lebenszyklus ermittelt werden müssen. Ferner stehen die Erfassung, Bewertung und Modellierung der durch den Betrieb von Offshore-Megastrukturen ausgelösten Wirkungsprozesse in und mit der marinen Umwelt im Vordergrund. Die übergeordneten Ziele von TP A03 in Verzahnung mit TP A04 und A05 fokussieren mittels Modellbildung, Ana- lyse und Bewertung auf ein besseres Verständnis von Welle-Strömung-Struktur-Boden-Interaktionen für das Design und den Betrieb von Offshore-Megastrukturen. Methodisch werden in einem ersten Schritt die Erfassung, Modellierung und Bewertung kurzfristiger Einwirkungen aus Wellen und Strömung in großskaligen Modellversuchen im Wellenströmungsbecken (WSBM) und im erweiterten Großen Wellenkanal (GWK+) unternommen. Für einzelne Einwirkungskomponenten werden bereits betriebene und zu erweiternde hydronumerische Modelle (OpenFOAM) in der Kombination von Wind- und Fernwellen in Überlagerung mit Strömung zu einem komplexen Komponentenmodell für Offshore-Megastrukturen ausgeweitet und anhand der im Labor erzielten Messdaten validiert. Die kurzfristigen überlagerten hydrodynamischen Einwirkungen werden in einem reduzierten Komponentenmodell vereinfacht und mittels zu entwickelnder Beschleunigungsfaktoren durch Transformationen einer charakteristisch eingeprägten und zu erwartenden repräsentativen Lasthistorie für den Digitalen Zwilling (DZ) erzeugt. Hierzu werden die langfristigen Einwirkungsszenarien a posteriori und deren projizierte Veränderungen in der Zukunft a priori über den Lebenszyklus von Offshore-Megastrukturen über hydraulische (TP A03) und morphologische (TP A04) Beschleunigungsfaktoren ermittelt. Die dazu notwendigen spektralen und richtungsabhängigen Wellenparameter aus gleichzeitig auftretenden, nicht zwingend richtungsgleichen Windwellen (wind waves) und langperiodischen Fernwellen (swell) werden in engem Austausch mit TP A05 durch Aus- und Bewertung der Einwirkungsparameter unter Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit aus gängigen Re-Analyseverfahren für frei verfügbare metocean 2 Datensätze ermittelt. In der ersten Förderperiode soll der Schwerpunkt auf das Systemverständnis, Modellbildung und Modellierung gleichzeitig einwirkender und sich gegenseitig verstärkender hydrodynamischer Belastungen aus Wellen und Strömung auf Offshore-Megastrukturen sowie die Abschätzung der dadurch bedingten Erosions-, Transport- und Depositions- prozesse des Sohlsubstrats und dessen Sicherung im Strukturnahfeld (mit TP A04) gelegt werden, d. h. Kolk und Kolkschutz. Folgende Fragen sollen, auch über die erste Förderperiode hinausgehend, adressiert werden:

- Welche richtungsabhängigen, sich verstärkenden Einwirkungen aus Wind- und Fernwellen in Überlagerung mit Strömungen dominieren die hydrodynamischen Belastungen von Offshore-Megastrukturen?
- Wie lassen sich diese komplexen kurzfristigen, überlagerten hydrodynamischen Einwirkungen in einem re- duzierten Komponentenmodell vereinfachend und mittels Beschleunigungsfaktoren erfassen?
- Wie groß sind die Auswirkungen von Belastungsänderungen infolge zukünftig variierender metocean und morphologischer Bedingungen über den Lebenszyklus einer Offshore-Megastruktur?

Grundlegend liegen eine hinreichende Wissensbasis und Praxiserfahrungen in der Auslegung meerestechnischer Konstruktionen vor. Das gleichzeitige Auftreten einzelner Komponenten aus richtungsabhängigen Wind- und Fernwellen in Kombination mit direktionaler Strömung und deren nichtlinearen Wechselwirkungen sind nur bedingt verstanden. Bemessungsstandards sehen gleichzeitige Einwirkungen aus der Kombination von Wellen und Strömung nicht vor. Auch die ortsabhängigen Zustände und Veränderungen der metocean Bedingungen, den regionalen Meeresspiegelanstieg sowie großflächigen morphologischen Veränderungen, wie z. B. submarine Bodenformen oder Transportkörper in der Nordsee, sind in den Effekten auf meerestechnische Konstruktionen unbekannt. Es herrschen Wissenslücken darin, wie und in welchem Maß diese dargestellten Veränderungen eine Rückkopplung auf die hydrodynamischen Einwirkungen auf Offshore-Megastrukturen über den Lebenszyklus haben. Die Arbeitshypothese von TP A03 lautet, dass die Dimensionen (Abmessungen), der Grad der Verbauung, die Exposition und die Veränderung der klimatischen und submarinen Umgebung von Offshore-Megastrukturen stärkere Belastungen und Effekte im Kontext der Lebensdauer in und mit der marinen Umwelt auslösen. Diese Hypothese ist vor dem Hintergrund der aus der Theorie und Bemessungspraxis für schlanke und transparente Strukturen bekannten Einwirkungen und Wechselwirkungen, deren Gültigkeit und Aussagevermögen für die Auslegung von Offshore-Megastrukturen entweder nicht nachgewiesen oder unbekannt sind. Im Gegensatz zu konventionellen, schlanken und transparenten (aufgelösten) meerestechnischen Konstruktionen gewinnen für Offshore-Megastrukturen neue Belastungen und strukturbedingte Effekte an Relevanz. Die Modellbildung und Modellierung der dominierenden Einwirkungsprozesse aus Wind- und Fernwellen und deren Wechselwirkungen mit Strömungen sind sowohl für die Auslegung als auch im Betrieb infolge der Veränderungen der Einwirkungen im Lebenszyklus als auch deren Wirkungsprozesse in und mit der marinen Umwelt unverstanden und in Komponentenmodellen nicht erfasst. Diese Zielstellungen werden systematisch in TP A03 in Verzahnung mit weiteren Zielen von TP A04 in gemeinsam zu erstellenden und betriebenen Modellen im Labor und in der Numerik untersucht. TP A03 steht außerdem im Cluster Einwirkungen aus Wind und Welle in starker Rückkopplung mit TP A05 und liefert wesentliche Erkenntnisse, Informationen und Daten für den DZ.