ISBN 978-3-8439-1913-5

978-3-8439-1913-5, Reihe Ingenieurwissenschaften

Frank Flitz
Ein Konzept zur Simulation von Fluid-Struktur-Interaktion mit viskosen und akustischen Effekten

86 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Interaktion von Akustik, Strömungen und elastischen Strukturen findet unter anderem in der Technik und Medizin statt. Dabei lassen sich die Akustik und die Strömungen sowohl durch getrennte Modelle, als auch durch ein gemeinsames Fuidmodell beschreiben. Für kleine Mach-Zahlen ist die Beschreibung durch ein gemeinsames Fluidmodell allerdings ineffizient.

Entsprechend ist auch die Interaktion mit einer elastischen Struktur ineffizient. Bisherige Ansätze zur Simulation mit Akustik-, Strömungs- und Strukturmodellen können allerdings wesentliche Effekte nicht abbilden. Um dies zu belegen, wird ein Konzept vorgestellt, welches konsistent die Idee der Trennung zwischen Akustik und Strömung auf die Fluid-Struktur-Interaktion überträgt. Durch theoretische Überlegungen und numerische Untersuchungen wird die Darstellbarkeit der Effekte durch das vorgestellte Konzept belegt. Dazu wird unter anderem ein auf einer bestehenden Struktur aufgesetzter Löser für hyperbolische Gleichungen implementiert.

Für die Fluid-Struktur-Interaktion ist eine effiziente Gitteradaption von großer Wichtigkeit. Zum einen sind die extremen Verschiebungen groß, was hochwertige Methoden erfordert, zum anderen werden sehr viele kleine Anpassungen vorgenommen, was effizienter durch günstige Methoden möglich wäre. Bisherige Ansätze zur Gitteradaption konzentrieren sich jeweils auf eine der beiden Anforderungen. Daher sollten durch eine Kombination Effizienzsteigerungen möglich sein. Um dies zu belegen, wird eine hybride Gitteradaption vorgestellt, welche die Vorteile hochwertiger und günstiger Methoden vereint. Theoretische Überlegungen und numerische Untersuchungen belegen diese Eigenschaft der hybriden Gitteradaption.