Entwicklung von Modellreduktionsmethoden zur Beschreibung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung für schwimmende Strukturen im Hinblick auf Kenteranalysen
Die Berechnung der nichtlinearen dreidimensionalen Fluid-Struktur-Wechselwirkung bei schwimmenden Strukturen in regelmäßigen Wellen führt, je nach Feinheit der Oberflächendiskretisierung, zu Modellen, deren Ordnung bei einigen Tausend liegt. Gegenstand des Vorhabens ist, diese hochdimensionalen Systeme zur mathematischen Beschreibung eines schwimmenden Körpers mit einem in der Systemordnung reduzierten Modell möglichst exakt zu beschreiben. Damit liefert dieses Vorhaben die Voraussetzung, künftig Kenteruntersuchungen effizient mit erprobten Analysewerkzeugen der Nichtlinearen Dynamik durchführen zu können, ohne auf ein dreidimensionales Modell verzichten zu müssen. Dabei kommen für Stabilitätsuntersuchungen hauptsächlich die lokale Verzweigungsanalyse und die Zellabbildungsmethode in Frage. Da besonders die Zellabbildungsmethode bei höheren Systemordnungen einen sehr hohen Rechenaufwand erfordert, beschränkte sich der Einsatz bei Kenteruntersuchungen bislang auf die Analyse der Bewegungsgleichung für die Rollbewegung. Da es in der Literatur keine Ansätze zu einem Vorhaben gibt, ein hochdimensionales Modell zur Berechnung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung bei schwimmenden Strukturen in der Ordnung zu reduzieren, sollen zwei, auf voneinander unabhängigen Ansätzen basierende, Modellreduktionsverfahren entwickelt werden. Die mit diesen Verfahren reduzierten Modellgleichungen werden auf ihre Verwendbarkeit zur Kenteranalyse untersucht. Zu diesem Zweck werden Simulationsdaten für Kentersituationen erzeugt, mit denen der reduzierten Modelle verglichen und mit einem zu definierenden Gütemaß bewertet. Neben der rechnerischen Verifikation findet eine experimentelle Verifikation statt. Die Skalierbarkeit der reduzierten Gleichungen und die Auswirkungen unterschiedlicher Geometrien, Masseverteilungen und metazentrischer Höhen der Strukturen auf die reduzierten Modelle werden untersucht. Abschließend wird ein Programmpaket erstellt, das für weiterführende Kenteruntersuchungen mit Werkzeugen der nichtlinearen Dynamik zur Verfügung gestellt wird.
Stichwörter
|