Das aeroelastische Verhalten schlanker Strukturen wie z. B. kabelgestützter Brücken mit langer Spannweite muss im Rahmen ihrer Konstruktion unbedingt untersucht werden, da sie bei atmosphärischem Windfluss erhebliche Vibrationen entwickeln können. Die Tendenzen zur Erhöhung der Flexibilität und zur Verringerung der Masse von Strukturen machen solche Probleme deutlicher und die Analyse schwieriger, wodurch der Bedarf an genauen, robusten und effizienten Vorhersagemodellen zunimmt.
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Der am Lehrstuhl entwickelte Strömungs-Lösungsalgorithmus auf Basis der Vortex-Partikelmethode (VPM) wurde für die 2D- und Pseudo-3D-FSI-Simulation dünnwandiger Systeme erweitert. Ein Struktur-Lösungsalgorithmus, der auf einer korotationalen Finite-Elemente-Formulierung basiert, wird mit 2D-VPM gekoppelt, um geometrisch nichtlineare Effekte zu berücksichtigen. Dieses Modell wird weiter ausgebaut, um eine aeroelektromechanisch gekoppelte Simulation zur Analyse der Leistung verschiedener Kragarm-Energy-Harvester durchzuführen. Darüber hinaus wird das vorhandene Pseudo-3D-Mehrschichtmodell erweitert, um die FSI-Simulation dünner Oberflächensysteme wie Kragdächer und Kühltürme zu simulieren.
Als Teil dieses Projekts werden mehrere Forschungsschwerpunkte betrachtet, darunter: (i) ein kategorialer Modellierungsansatz für die Bewertung von aerodynamischen Modellen; (ii) turbulente Pseudo-3D-Wirbelmethode für Buffeting- und Flatteranalysen von Brücken; (iii) ein synergistischer Vergleichsrahmen für CFD- und semi-analytische Modelle; (iv) Vergleichsmetriken für Zeitverläufe, die darauf zugeschnitten sind, Merkmale bestimmter Merkmale der zeitabhängigen aeroelastischen Reaktion und Kräfte zu identifizieren und zu quantifizieren; (v) ein Verfahren zur Bestimmung der komplexen Form der aerodynamischen Admittanz durch Simulation deterministischer Böen.
Um dem zunehmenden Bedürfnis die Nichtlinearität bei schlanken Brückentragwerken unter Windströmungen nachzukommen, werden stetig neue, moderne Modelle und Methoden entwickelt. Diese müssen jedoch validiert werden. Der beste Weg, um dies zu erreichen, ist die Umsetzung experimenteller Verfahren, mit denen die vorgeschlagenen Ansätze überprüft werden können.
Flexible, schlanke und hohe Tragwerke, wie Hochhäuser, Brücken oder Schornsteine reagieren empfindlich auf dynamische Winderregungen, wodurch Schadens- oder Ermüdungserscheinungen auftreten können. Für viele dieser Tragwerke ist die Bereitstellung einer zusätzlichen Dämpfung die einzige zuferlässige und praktische Methode zur Steuerung des dynamischen Verhaltens. Aufgrund ihres geringen Wartungsaufwandes sind Fluid-Dämpfer ein Forschungsgebiet mit großem Anwendungspotential. Die Forschungsarbeit zielt darauf ab, die numerische Kopplung von Fluid-Behältern in windbeanspruchten Tragwerken zu ergründen.
Mit zunehmender Spannweite und komplexen Deckformen wird die aerodynamische Nichtlinearität zu einem entscheidenden Problem bei der Bemessung von Brücken mit großer Spannweite. Herkömmliche aerodynamische Brückenmodelle betrachten die durch die Turbulenz der freien Strömung und die Deckbewegung induzierten Kräfte als unabhängig. Die Models berücksichtigen nicht die beiden entscheidenden Wechselwirkungsaspekte, die eng mit dem aerodynamischen nichtlinearen Verhalten verbunden sind: die Wirkung großräumiger sinusförmiger vertikaler Böen auf die Scherschicht eines sich bewegenden Körpers und die nichtlineare Abhängigkeit der aerodynamischen Kräfte vom effektiven Anstellwinkel. Es ist unerlässlich, das Problem der windinduzierten Schwingungen in einer turbulenten Umgebung synergetisch zu untersuchen, um diese Effekte zu erfassen.
