FFD IM - Freudenberg Forschungsdienste SE & Co. KG
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durchführen zu können, hat sich diese Situation nunmehr geändert.<br />
Dies soll zum Anlass genommen werden, hier einen kurzen Überblick<br />
über die Anwendung von „FSI“ zu geben und die <strong>FFD</strong>/CAE<br />
diesbezüglich zur Verfügung stehenden Ressourcen vorzustellen.<br />
Was ist FSI?<br />
Sehr häufig wird bei der Berechnung von Durch- oder Umströmungsproblemen<br />
davon ausgegangen, dass die Berandung, also<br />
die Struktur, welche die Strömung führt, stationär d.h. starr und unbeweglich<br />
ist. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass die von der<br />
Strömung übertragenen Druck- und Scherkräfte keine nennenswerte<br />
Verformung in der Struktur hervorrufen. In Fällen, in denen die<br />
strömungsführenden Strukturen aus steifen Werkstoffen wie z. B.<br />
Stahl oder Kunststoff bestehen, ist diese Annahme häufig zulässig.<br />
Erweiterte Simulationsmöglichkeiten bei <strong>FFD</strong>-CAE<br />
Gleichzeitig existiert jedoch eine Vielzahl von Strömungsproblemen<br />
in Natur und Technik, bei denen flexible bzw. bewegliche<br />
Strukturen die Umrandung des Strömungsgebietes bilden. In diesen<br />
Fällen sind die mit den Strömungskräften einhergehenden Verformungen<br />
in der Struktur häufig nicht mehr vernachlässigbar und<br />
es kommt zu einer Wechselwirkung zwischen der Strömung auf<br />
der einen Seite und der angrenzenden Struktur auf der anderen.<br />
Solche Problemfälle werden als Fluid-Struktur-Interaktionen (FSI)<br />
bezeichnet. Ihre Berechnung muss neben der eigentlichen Strömung<br />
auch die Antwort der Struktur und ggf. deren Rückwirkung<br />
auf die Strömung einbeziehen.<br />
12 Fluid-Struktur-Interaktion FSI<br />
Gerade bei einer so breit aufgestellten Unternehmensgruppe wie<br />
<strong>Freudenberg</strong> braucht man nach technischen Beispielen für Fluid-<br />
Struktur-Interaktionen nicht lange zu suchen. Gleich, ob Motorlager,<br />
Hydrobuchsen, hydraulische Achslenklager, Faltenbälge,<br />
Pumpmembranen, Simmerringe, Elastomerventile, medizinische<br />
Stimmprothesen etc.: Bauteile, bei denen flexible Elastomerstrukturen<br />
umströmt werden oder mit fluidgefüllten Räumen interagieren,<br />
finden sich zu Hauf.<br />
Charakterisierung von FSI-Problemen<br />
Ein wesentliches Merkmal zur Einordnung von Fluid-Struktur-Interaktionen,<br />
ist der vorhandene Grad der Kopplung. Von schwacher<br />
Kopplung spricht man, wenn nur eine geringe Rückwirkung<br />
zwischen strukturmechanischem und fluiddynamischem Problem<br />
besteht. Den Extremfall einer schwachen Kopplung stellt die unidirektionale<br />
Kopplung dar. Als Beispiel hierfür kann die Umströ-