Entwicklung von Modellreduktionsmethoden zur Beschreibung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung für schwimmende Strukturen im Hinblick auf Kenteranalysen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Edwin Kreuzer
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5423636

Potential- oder CFD-Methoden für die Modellierung der dreidimensionalen, nichtlinearen Fluid Struktur Wechselwirkung schwimmender Strukturen sind sehr rechenintensiv. Daher wurden für den praktischen Einsatz vereinfachte Modelle wie die Streifentheorie entwickelt, wobei jedoch wesentliche Effekte vernachlässigt werden. Hier sollen leistungsfähige Modellreduktionsverfahren entwickelt werden, mit deren Hilfe die Lücke zwischen der rechenintensiven dreidimensionalen Rankine-PanelMethode und den in der Regel angewandten vereinfachten Modellen geschlossen wird. Das exakte Modell mit mehreren tausend Zustandsgrößen wird unter Beibehaltung der dynamischen Effekte auf einen Unterraum mit wenigen Zustandsgrößen projiziert. Es werden zwei unabhängige Modellreduktionsverfahren entwickelt. Ein Verfahren basiert auf der nichtlinearen GalerkinMethode mit Karhunen-Loève-Basis, das andere Verfahren auf der Balanced Truncation Methode. Die mit diesen Verfahren reduzierten Modellgleichungen werden auf ihre Verwendbarkeit zur Kenteranalyse untersucht. Neben der rechnerischen Verifikation findet eine experimentelle Verifikation statt. Die Skalierbarkeit der reduzierten Gleichungen und die Auswirkungen unterschiedlicher Geometrien, Masseverteiliingen und metazentrischer Höhen der Strukturen auf die reduzierten Modelle werden untersucht. Dieser Ansatz verspricht eine grundlegende Verbesserung in der Anwendung bewährter Analyseverfahren aus der Nichtlinearen Dynamik bei der Stabilitätsuntersuchung schwimmender Strukturen. Der Einsatz dieser Verfahren bei Kenteruntersuchungen für Schiffsmodelle mit sechs mechanischen Freiheitsgraden ist bisher an der aufwendigen Beschreibung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung gescheitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen