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31. Oktober 2024

D5.2. Fluid-Struktur-Interaktion und Vereinfachungen

Bei umströmten bzw. umströmten Körpern besteht in der Regel eine Interaktion zwischen Strömungsdynamik und Strukturmechanik, die je nach Problemstellung sehr unterschiedlich ausgeprägt sein kann. In Fällen einer signifikanten Interaktion ist eine vollständig bidirektionale Kopplung (Modellierungsgrad S4) erforderlich, bei der beide Richtungen der Interaktion berücksichtigt werden. Bei ausreichendem Verständnis des Phänomens kann diese komplexe Kopplung durch geeignete physikalische Annahmen vereinfacht werden. Diese Vereinfachung führt zu einer einseitigen Fluid-Strukturantwort (Modellierungsebene S3), bei der der Rückkopplungseffekt auf die Strömung vernachlässigt wird. Die Gültigkeit dieser vereinfachten Modelle ist immer im Kontext des konkreten Phänomens zu bewerten und gegebenenfalls durch Vergleiche mit komplexeren Ansätzen zu validieren.

Bei der reduzierten Modellierung (Modellierungsgrad S3) wird die Bauwerksantwort typischerweise mit quasi-statischen Windbeiwerten unter Berücksichtigung der zeitlich veränderlichen Anströmung und der Bauwerksverformungen ermittelt. Weitere Vereinfachungen sind möglich, wie beispielsweise die Nutzung von zeitinvarianten Windlasten durch quasi-statische Windbeiwerte. Die Wahl des Modellierungsansatzes hängt maßgeblich von der Art und Stärke der physikalischen Interaktion zwischen Windströmung und Tragverhalten ab.

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