Vergleich und Validierung von Simulationsmethoden zur Fluid-Struktur-Kopplung

Diese Arbeit, die im Rahmen eines Projektes in Zusammenarbeit des Fraunhofer SCAI und der Reinold-Hagen-Stiftung entstand, vermittelt einen Eindruck von der Anwendung dreier Simulationsmethoden zur Fluid-Struktur-Kopplung. Hierzu werden die Coupled-Eulerian-Lagrangian-Methode, die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode und die vom Fraunhofer SCAI entwickelte MpCCI-Schnittstelle zur Kopplung der Simulations-Tools OpenFOAM und Abaqus getestet. Die zu simulierenden Versuche sollen dabei kurzzeitdynamisch sein. Ein Beispiel fur die industrielle Anwendung ist der Crashtest eines Fahrzeugtanks.Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden zwei Versuche herangezogen. Der erste besteht aus einer starren Box, in der eine flexible Lasche angebracht und die mit Wasser befüllt wird. Auf diese Box wird ein genau definierter Impuls aufgebracht. Aufgrund unzugänglicher Messtechnik kann dieser Versuch jedoch im Zeitraum der Arbeit nicht durchgeführt werden. Die Simulationsergebnisse liefern jedoch schon erste Erkenntnisse zu den Methoden.Der zweite Versuch ist der Falltest einer mit Wasser befüllten Kunststoffflasche. Dieser wird im Rahmen der Arbeit durchgeführt und simuliert. Dabei offenbaren die Methoden einige Probleme, in Folge derer teilweise ungewöhnliche Annahmen bei der Modellierung getroffen werden. Diese werden am Ende der Arbeit diskutiert. Beispielsweise wird bei der SPH-Methode nur ein einphasiger Ansatz gewählt oder die Luft bei der Kopplung wird als inkompressibel angenommen. Aufgrund der noch nicht gemessenen Wandstärkenverteilung ist ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit den realen Messungen nicht aussagekraftig und kann bisher nur fur eine grobe Einschätzung und nicht für eine genaue Bewertung der Ergebnisse verwendet werden.Diese Arbeit liefert zum einen einen Überblick uber die Funktionsweise und den Aufbau der drei Methoden zur Fluid-Struktur-Kopplung an zwei unterschiedlichen Beispielen und zum anderen Hinweise auf weitere Themen, auf die in der zukünftigen Forschung in diesem Bereich eingegangen werden kann.