High order finite elements for structural simulation in fluid-structure interaction

用于流固耦合结构模拟的高阶有限元

• 批准号: 5391978
• 负责人: Professor Dr. Ernst Rank
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Computergestützte Modellierung und Simulation
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Units
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2002-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5391978?language=en
• 关键词: order; finite; elements; structural; simulation

Im Mittelpunkt des beantragten Projekts steht das im Zuge der Fluid-Struktur-Wechselwirkung (FSW) zeitlich veränderliche geometrische Modell der Struktur mit einer eng an dieses Modell gekoppelten Struktursimulation nach der p-Version der Methode der Finiten Elemente. Zwei unmittelbar komplementäre Vorhaben in der Forschergruppe (P6: Zenger/Bungartz und P8: Krafczyk/Tölke) steuern in einem gemeinsamen partitionierten Lösungsansatz unterschiedliche Methoden zur Strömungssimulation (Finite Volumen bzw. Lattice-Boltzmann) bei. Die p-Version der FEM lässt Vorteile hinsichtlich einer geometrisch konsistenten Beschreibung und Simulation von Strukturen erwarten, die sich sowohl aus dünnwandigen Teilen als auch aus massiven Bauelementen zusammensetzen. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Ansätzen hoher Ordnung kann für diese Strukturen auf die übliche dimensionsreduzierende Betrachtungsweise (i.e. Platten- oder Schalenelemente) verzichtet und strikt dreidimensional modelliert werden. Dadurch entfallen zum einen natürlich die kinematischen Einschränkungen (Normalenhypothese, Ebenbleiben der Querschnitte), die aufgrund des üblicherweise verwendeten dimensionsreduzierten Strukturmodells gegeben sind. Zum anderen - und für das beantragte Projekt bedeutend wichtiger - ist jedoch die damit gewährleistete Konsistenz von Geometrie und numerischem Modell, die für den zu betrachtenden Problemkreis (bspw. FSW Windlast/Brücke) eine entscheidende Rolle spielt. Als wesentliche Fragestellungen in diesem Projekt ergeben sich die Kopplung der 3D-p-Version an ein zeitlich veränderliches geometrisches Modell, die Entwicklung eines geometrisch nichtlinearen, dynamischen Algorithmus für Ansätze hoher Ordnung, die Einbettung des Strukturmechanik-Codes in einen flexiblen Rahmenalgorithmus für die Fluid-Struktur-Wechselwirkung und die Bewertung von Vor- und Nachteilen des zu entwickelnden Verfahrens gegenüber klassischen dimensionsreduzierten Ansätzen.

在中型工程中，流体-结构-振动耦合（FSW）模型的建立需要一个基于有限元方法的结构模拟模型。两个未完成的研究小组（P6：Zenger/Bungartz和P8：Krafczyk/Tölke）的Vorhaben在一个共同的分区中被设计成一个有限体积的Strömungssimulation（Finite Volumen bzw. Lattice-Boltzmann）bei.有限元的p-版本具有结构的几何一致性描述和模拟，这种描述也可以从结构的几何一致性描述和模拟中获得。在此基础上，通过简化几何结构的几何结构，可以简化几何尺寸的几何结构（即平面或平面元件），并建立韦尔登。Dadabeltfall zum einen natürlich die kinematischen Einschränkungen（Normalenhypothese，Ebenbleiben der Querschnitte），die aufgrund des üblicherweise verwendeten dimensionsreduzierten Strukturmodels geben sind. Zum anderen - und für das beantragte Projekt bedutend wichtiger - ist jedoh die damit gewährleistete Konsistenz von Geometrie und numerischem Modell，die für den zu betrachtenden Problemkreis（bspw. FSW Windlast/Brücke）eine entscheidende Rolle spielt。在这个项目中，我们将使用一个具有时代意义的几何模型的三维p-版本的Kopplung，一个不具有几何线性的几何模型的开发，一个用于更高层次结构的动力学模型，一个用于流体-结构-Wechselectungung的灵活Rahmenalgorithmus中的结构力学代码的开发，以及Vor-和Nachteilen的用于简化尺寸的结构力学代码的开发。