Simulation Fluid-Struktur Interaktion elastischer Balken in Strömung

In diesem Artikel präsentieren wir die Simulation eines Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) Falles mit einem elastischen Balken in einem Strömungskanal. Die Fluid-Struktur-Kopplung oder auch Fluid-Struktur-Interaktion bezeichnet im Ingenieurwesen die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von Struktur und Strömung. Die wechselseitige Beeinflussung von Struktur und Strömung ist ein interessantes, in Natur und Technik häufig vorkommendes Phänomen. Sie tritt an verformbaren und/oder bewegbaren, umströmten oder durchströmten Strukturen auf. Hierbei deformiert sich die Struktur unter den Kräften, welche von der Strömung aufgeprägt werden. Bei stark deformierbaren Strukturen wird die Strömung sehr oft durch die Struktur gestört und damit beeinflusst. In diesem Fall liegt eine echte, zweiseitige Fluid-Struktur-Kopplung vor.

Abb. 1: Aufsetzen FSI Fall in NOGRID points

FSI elastischer deformierter Balken im Gleichgewichtszustand

Abb. 2: Deformierter Balken (rote Farbe) im Gleichgewichtszustand

Abb. 3: Temperatur mit Geschwindigkeitsvektoren für den elastischen Balken im Gleichgewichtszustand

Abb. 4: Animation des elastischen Balkens und dessen Temperatur über die Zeit

In diesem einfachen 2D-Beispiel befindet sich ein elastischer Balken in einem Strömungskanal. Das Fluid strömt von links nach rechts und übt dabei Kräfte auf den elastischen Balken aus. Der elastische Balken beginnt sich zu verformen, bis ein stationärer Zustand zwischen Fluid- und Festkörperkräften erreicht ist.
Die Simulation wird vollständig gekoppelt mit der Lagrange-Methode gelöst. Vollständig gekoppelt bedeutet, dass die Belastung innerhalb des Balkens und die Fluidvariablen für Geschwindigkeit und Druck gleichzeitig in einer großen Lösungsmatrix gelöst werden. Zur Lösung dieses Falls steht auch das Euler-Verfahren zur Verfügung.

Neben Spannung, Geschwindigkeit und Druck wird auch die Temperatur für Struktur und Flüssigkeit berechnet. In Abbildung 4 sehen Sie die Entwicklung der Verformung und der Temperatur über die Zeit, bis ein stationärer Zustand für Verformung und Temperatur erreicht ist.

NOGRID points kann perfekt zum Designen und Problemlösen für alle Arten von thermischen FSI Prozessen verwendet werden. Die thermische Homogenisierung, die Temperaturgradienten und die Abkühl-/Aufheizrate können vorhergesagt werden. NOGRID points hilft, die Strömung zu verstehen, indem sie die Masse-, Impuls- und Wärmeübertragung einzelner und mehrerer Phasen visualisiert. Sie erhalten integrale Größen, mit denen Sie die Effizienz der Wärmeströme analysieren können.

NOGRID points kann FSI Aufgaben auch zusammen mit freien Oberflächenströmungen lösen. Auch Starrkörpersimulationen sowie sich bewegende Teile lassen sich zusammen mit FSI Aufgaben berechnen und ermöglichen darüber hinaus die Simulation jeder denkbaren Geometrie:

Berechnung ist in voll 3D und die kompletten Navier-Stokes-Gleichungen werden gelöst
Einfache und intuitive Bedienung sowohl beim Aufsetzen als auch bei der Auswertung der Ergebnisse
Frei definierbare Materialeigenschaften durch User-Gleichungen oder Kurven
Beliebige Bauteilgeometrien
Offene und geschlossene Kammern einschließlich der Bewegung von Bauteilen
Beliebig viele Einlässe, die sich beliebig ein- und ausschalten lassen
Bewegte Wände oder Einlässe

Whitepaper Nogrid points Technology

Stärken der Nogrid Software

Unsere Stärke ist das schnelle Preprocessing, da unsere Software auf einer gitterfreien Methode basiert - es muss kein Netz für das Fluidvolumen in 3D oder für die Fluidfläche in 2D generiert werden. Dies führt zu einer besonders kurzen Modellierungszeit (auch für komplizierte Modelle), so dass Sie im Vergleich zu gitterbasierten CFD-Softwareprodukten viel Zeit sparen können. Die gitterfreie Methode ist stark bei der Berechnung von bewegten Teilen oder bei der Berechnung von komplexen freien Oberflächen.
Wie Sie im Bild unten sehen können, benötigt man für die Ränder der Geometrie nach wie vor ein Netz, damit die inneren finiten Punkte den Rand detektieren können. Die Ränder müssen also vernetzt werden und die finiten Punkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.

Einfache und schnelle Modellierung: Geometrie erzeugen und Ränder vernetzen, Fall aufsetzen und Simulation starten

Was kann die NOGRID Strömungssimulationssoftware für Sie tun?

Verlässliche industrielle Prozesse sprechen für sich und sind verantwortlich für den Erfolg eines Unternehmens. Für viele Prozesse spielt das Strömungsverhalten des Fluids eine wichtige Rolle für den Erfolg. Da industrielle Designs oft sehr komplex sind, gibt es verschiedene Faktoren, die in Fluidströmungs-Anwendungen wichtig sein können. Durch eine CFD-Simulation mit einer professionellen Software können Sie Ihre Prozessleistung simulieren und relevante Parameter berücksichtigen: Die Anwendung von NOGRIDs numerischer Strömungssimulationssoftware ermöglicht es Ihnen, die Fluidströmung, den Wärme- und Massenübergang sowie eventuell stattfindende chemische Reaktionen vorherzusagen, zu analysieren und zu kontrollieren und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozessleistung zu optimieren. Dadurch erhalten Sie eine Basis für bessere Design-Entscheidungen.
Die Strömungssimulationssoftware von NOGRID ist ein gitterfreies Tool mit erstaunlicher Flexibilität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit. Die Software liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse für ein weites Feld von Fluidströmungs-Anwendungen.

Warum sollten Sie sich für NOGRID Strömungssimulationssoftware entscheiden?

Zusätzlich zum Testen und Experimentieren hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware, die Bewertung Ihres Designs zu verbessern und den Erfolg Ihres industriellen Prozesses zu steigern. Zu lernen, wie sich die Fluidströmung verhalten wird und wie sicher industrielle Prozesse oder Prozessschritte funktionieren, lässt Ihr Wissen von Simulation zu Simulation wachsen. Sie bekommen ein besseres Verständnis für Ihre Prozesse, was wiederum zu enormen Einsparungen von Herstellungskosten und - zeit und gleichzeitig zu einem Endprodukt von hoher Qualität führt. Durch Simulation erhalten Sie bessere Konstruktions- und Betriebsparameter, steigende Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.

Training

In unserem zwei-Tage Trainingskurs werden Sie lernen, wie man die NOGRID CFD/CAE Software effizient einsetzt. Unser technischer Support hat Erfahrungen in vielen Disziplinen und kann Ihnen zeigen, wie man schwierige Fälle bewertet, behandelt und löst.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Trainingskurse →

Technischer Support

Wir bieten den kompletten technischen Software Support an. Von der ersten Minute an, ab der Sie die Software nutzen, können Sie uns über Telefon oder E-Mail erreichen. Schreiben Sie uns, wir sind Ihnen gerne behilflich.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Software Support →

Service

Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass die Vergabe von Simulationsaufgaben eine attraktive Möglichkeit sein kann, um schnell und kostengünstig anstehende Aufgaben zu bearbeiten. Basierend auf unserem Know-how können wir eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen anbieten.
Wir modellieren und entwickeln für Sie. Sie brauchen hierfür keine NOGRID-Software Lizenz zu kaufen. Wir bieten Ihnen einen individuellen Berechnungsservice für Ihre Verfahren und Prozesse an, der genau auf Ihre Wünsche zugeschnitten ist.

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