FSI-Beispiel: Wirbelangeregte elastische Struktur

Dieses Beispiel zeigt ein Fluid-Struktur Modellbeispiel, das in den letzten Jahren von einigen Forschungseinrichtungen berechnet wurde, um den Nachweis der Effizienz eigens entwickelter Fluid/Struktur- Kopplungsalgorithmen darzustellen. Dieses Problem wurde von uns innerhalb eines Tages  modelliert und berechnet, wobei eine sehr gute Übereinstimmung mit den Literaturergebnissen erzielt wurde (s.u.).

Es handelt sich hierbei um die Schwingungsanregung einer elastischen Struktur durch die Wirbelbildung an einem quadratischen Starrkörper (s. Modell). Dazu wird der starrer Körper, an dem die elastische Struktur fixiert ist, stationär angeströmt. Zu Beginn der Berechnung befindet sich die elastische Struktur in Ruhe. Es kommt zur Wirbelbildung an dem Starrkörper, die wiederum die elastische Struktur zur Schwingung anregt. Nach einigen Schwingungen stellt sich ein periodischer Zustand ein.  

Die Animationen zeigen die Strukturbewegungen im eingeschwungenen, periodischen Zustand.

Bild 1: Modell Bild 2: Verschiebungen des Strukturendes

 

 

Animation1 : Geschwindigkeitsvektoren Gesamtmodell Animation1 : Geschwindigkeiten Detail
Klicken Sie auf die Bilder, um sie in voller Größe zu sehen und die Animationen zu starten.

 

Die Ergebnisse der Schwingungsamplitude und der Schwingungsfrequenz stimmen sehr gut mit Ergebnissen in der Literatur überein. So beträgt z.B. die von Steindorf berechnete Verschiebung des Strukturendes 1m im eingeschwungenen Zustand (hier 0.95 m).

Ref: J. Steindorf "Partitionierte Verfahren für Probleme der Fluid-Struktur Wechselwirkungen", Dissertation, Braunschweig, 2002