Algorithmen zur Kopplung und Interpolation in der Aerelastik
Algorithms for Coupling and Interpolation in the Aeroelastic
by Regine Ahrem
Date of Examination:2005-12-19
Date of issue:2006-09-18
Advisor:PD Dr. Holger Wendland
Referee:PD Dr. Holger Wendland
Referee:Prof. Dr. Robert Schaback
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2508
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
The simulation of the interaction between a fluid and a moving, deformable structure is an important task within many scientific and engineering problems. The central topic of this thesis is the fluid-structure interaction in the field of aeroelastics. In the loose coupling approach, the partial differential equations of the different physical subproblems are calculated separately. Subsequently, the required values are exchanged between the subdomains. This thesis focusses on the transformation of these values, based on the different discretizations of the subdomains, by interpolations with radial basis functions. The interpolation algorithms have been developed taking into account the specific requirements of aeroelastics. Additionally, the interpolation library, implemented in the course of this work, contains algorithms to improve the CPU time and the memory requirements via a "Partition of Unity" method, which was mandatory for the treatment of large problems. The procedures implemented are presented by means of simulations of three-dimensional airfoil wings and are as well applied to examples from other field.
Keywords: Aeroelastics; fluid-structure interaction; loose coupling; radial basis; functions; partition of unity; interpolation
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Eine wichtige Aufgabe in vielen ingenieurtechnischen, wissenschaftlichen Problemen ist die Simulation der Wechselwirkung zwischen einer Strömung und einer bewegten, deformierbaren Struktur. Das zentrale Thema dieser Arbeit ist die Strömung-Struktur Wechselwirkung im Bereich der Aeroelastik. Mit dem Ansatz der losen Kopplung werden die partiellen Differentialgleichungen der unterschiedlichen physikalischen Teilprobleme getrennt berechnet und die jeweils benötigten Werte zwischen den Teilbereichen ausgetauscht. Die Transformation der Werte auf Grund der unterschiedlichen Diskretisierungen der Teilbereiche über Interpolationen mit radialen Basisfunktionen liegt im Fokus dieser Arbeit. Die Interpolationsalgorithmen sind unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen der Aeroelastik entwickelt worden. Parallel zu diesen Anforderungen enthält die im Rahmen der Arbeit entstandene Interpolationsbibliothek Algorithmen zur Verbesserung der Rechenzeit und des Speicherplatzbedarfs über eine "Partiton of Unity" Methode, die es erst ermöglicht, sehr große Probleme zu behandeln. Die implementierten Verfahren werden an Hand von Simulationen dreidimensionaler Tragflügelstrukturen präsentiert und auch auf Beispiele anderer Bereiche angewandt.