Efficient approaches for fluid structure interaction with large deformations and topological changes

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Ein gemeinsames Augenmerk der Forschergruppe liegt auf der Untersuchung von flexiblen, dünnen Strukturen im Rahmen von gekoppelten Fluid-Struktur-Interaktions (FSI)-Problemen. Ein wesentliches Charakteristikum sind dabei die in diesem Zusammenhang auftretenden großen Strukturdeformationen. Die numerische Beherrschung großer Deformationen und deren Auswirkungen auf die Simulation von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen ist für einen Großteil der anvisierten Problemkreise von zentraler Bedeutung und steht im Mittelpunkt des vorliegenden Projektes. Zur Behandlung von Problemklassen mit komplexen Geometrieänderungen müssen zunächst die Einzelfeldlöser für Struktur und Fluid in die Lage versetzt werden, diese Fälle adäquat abzubilden. Das zentrale Augenmerk des Projektes wird in der Berücksichtigung großer Deformationen und Topologieänderungen in der Problematik der eigentlichen Kopplung zwischen den einzelnen Feldern liegen. Wesentlicher Aspekt hierbei ist die Kopplung zwischen den unterschiedlichen kontinuumsmechanischen Betrachtungsweisen - Euler und Lagrange. Dazu sollen zunächst die vorhandenen Ansätze, die auf einer Arbitrary-Lagrangean-Eulerian (ALE) Betrachtungsweise basieren, bezüglich Effizienz und Robustheit ausgebaut werden. Ein zentraler Forschungsgegenstand des Projektes wird dann die Entwicklung neuer Ansätze zur effizienten und genauen Simulation auf nicht mitgehenden Gittern sein. Hierbei werden neueste Modellierungs- und Diskretisierungsstrategien wie 'Partition of Unity'-, Mehrskalen- bzw. Level-Set-Ansätze zum Einsatz kommen. Die entwickelten "Kopplungsansätze" werden zunächst für Testkonfigurationen und später auch für komplexe Problemstellungen verglichen. In der zweiten Phase sollen die entwickelten Verfahren für den Einsatz bei Topologieänderungen untersucht werden. Dabei neu auftretende Modellierungs- und Diskretisierungsfragen sind dazu weiterzuentwickeln. Weitere Arbeitsbereiche bilden die Formfindung und Strukturoptimierung unter Fluideinfluss sowie die Einbettung der unterschiedlichen Methoden in effiziente gekoppelte Lösungsansätze.