FFD IM - Freudenberg Forschungsdienste SE & Co. KG

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