Kombination von FEM und BEM zur Untersuchung gekoppelter Fluid/Struktur-Systeme
Ausgangssituation
Bei der Untersuchung des Schwingungsverhaltens gekoppelter Fluid/Struktur-Systeme
hat sich eine Kombination der Finite-Elemente-Methode (FEM) mit der
Boundary-Elemente-Methode (BEM) bewährt. Während die Struktur mit Finiten
Elementen modelliert wird, erfolgt die Modellierung des Fluids mit Hilfe von
Boundary Elementen. Auf diese Weise lassen sich die Vorteile beider Verfahren
vereinen. Während im Strukturmodell (FEM) z.B. Inhomogenitäten und
anisotropes Materialverhalten beschrieben werden können, läßt sich im
Fluidmodell (BEM) insbesondere dessen halbunendliche Ausdehnung
problemlos erfassen.
Gekoppelte FEM/BEM-Modelle wurden, unter der Annahme eines linearen
Verhaltens der Teilsysteme, bereits erfolgreich zur Untersuchung der
Fluid/Struktur-Interaktion eingesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
nichtlineare Effekte einen wesentlichen Einfluß auf das dynamische Verhalten
gekoppelter Systeme haben können. Diese sollen im Rahmen des gegenwärtigen
Projektes näher betrachtet werden.
Vorgehensweise
Basierend auf eigenen Vorarbeiten wird ein Rechenprogramm zur Untersuchung
von nichtlinearen Effekten bei der Fluid/Struktur-Interaktion entwickelt. Hierbei
sollen Nichtlinearitäten sowohl innerhalb der Struktur (z.B. infolge nichtlinearer
Materialgesetze) als auch an der Kontaktfläche zwischen Fluid und Struktur
(z.B. einseitige Randbedingungen) berücksichtigt werden können.
Das Rechenmodell basiert auf einer Kopplung von FEM und BEM direkt im
Zeitbereich. Damit ist die Betrachtung nichtlinearer Fragestellungen möglich.
Zudem kann eine Impulsanregung des gekoppelten Systems problemlos
realisiert werden.
Alle Ergebnisse werden, soweit möglich, mit den Resultaten anderer
Berechnungsverfahren und mit Messungen verglichen.
Simulation eines
eingespannten Rings unter zeitabhängigem Innendruck
mit angrenzendem halbunendlichen Fluidbereich
Simulation eines
nichtlinear gestützten zylindrischen Behälters
mit druckbeaufschlagtem Fluid
Simulation eines Damms mit
angrenzendem halbunendlichen
Stausee
Simulation eines druckbeaufschlagten Fluids in einem Diffusorrohr
Förderung durch die Freie und Hansestadt Hamburg
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Oliver Czygan
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Otto von Estorff
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