Berechnung der Fluid-Struktur-Kopplung. Co-Simulation zur Berechnung von Strömungsproblemen

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Berechnung der Fluid-Struktur-Kopplung. Co-Simulation zur Berechnung von Strömungsproblemen

Martini, Patrick

Strömungsprobleme mit Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) konnten bislang bei FFD/CAE nur in Ausnahmefällen berechnet werden. Sehr häufig wird bei der Berechnung von Durch- oder Umströmungsproblemen davon ausgegangen, dass die Berandung, also die Struktur, welche die Strömung führt, starr und unbeweglich ist. Gleichzeitig existiert jedoch eine Vielzahl von Strömungsproblemen in Natur und Technik, bei denen flexible bzw. bewegliche Strukturen die Umrandung des Strömungsgebietes bilden. Solche Probleme werden als Fluid-Struktur-Interaktionen bezeichnet. Ihre Berechnung muss neben der eigentlichen Strömung auch die Antwort der Struktur und gegebenenfalls deren Rückwirkung auf die Strömung einbeziehen (Kopplung). Man unterscheidet zwischen schwachen unidirektionalen Kopplungen (Tragflügelumströmung) und starken bidirektionalen Kopplungen. Bei letzteren ist die Deformation der Struktur bezüglich ihrer Rückwirkung auf die Strömung nicht mehr vernachlässigbar, und eine getrennte Betrachtungsweise der Teilprobleme ist damit nicht mehr möglich. Mit der Einführung von Abaqus/CFD im Jahre 2010 war es erstmals möglich, Strömungssimulationen in der Umgebung von Abaqus durchzuführen. Damit ist der Einsatz von Abaqus/CFD aktuell auf inkompressible Strömungen beschränkt. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde ein vereinfachtes achsensymmetrisches Motorlager betrachtet. Das Ergebnis der Studie zeigt, dass sich die beschriebene Vorgehensweise prinzipiell zur Berechnung von Motorlagern eignet. Als weiteres Beispiel einer Fluid-Struktur-Kopplung wurde eine wasserdurchströmte Elastomermembran untersucht.