Efficient Numerical Methods for Fluid-Structure Interaction

FundedExacte WetenschappenDDC 500 · Natural sciences

Harald van Brummelen - Technische Universiteit Delft

Abstract

Het samenspel van een stroming en een "constructie" is terug te vinden in veel toepassingsgebieden. Men kan hierbij denken aan het trillen van een vliegtuigvleugel onder invloed van de luchtstroming, aan het trillen van bruggen en gebouwen door de wind, maar ook aan het opblazen van een airbag door middel van een ingespoten gas. Het is belangrijk om precies te begrijpen wat er gebeurt tijdens zo een vloeistof/constructie interactie. Breken de vleugels van het vliegtuig niet af? Blaast de airbag wel snel genoeg op? Bij het beantwoorden van deze vragen spelen computersimulaties een centrale rol. De vloeistof en de constructie worden dan gemodelleerd met een wiskundig model, zogenaamde partiele differentiaal vergelijkingen. Van dit wiskundig model wordt vervolgens een model gemaakt dat geschikt is voor de computer, een "rekenmodel". Door het rekenmodel met de computer op te lossen, kan vervolgens de interactie tussen de stroming en de constructie nagebootst worden. Helaas is dit allemaal makkelijker gezegd dan gedaan. Vloeistof/constructie interactie is een uiterst moeilijk proces, doordat vloeistoffen en constructies zich heel verschillend gedragen. De bijbehorende vergelijkingen zijn dus ook heel verschillend, waardoor het maken van een rekenmodel dat beiden tegelijk beschrijft niet eenvoudig is. Daarbij leidt het verschil in gedrag ertoe dat het oplossen van het rekenmodel met de computer enorm veel computerkracht vergt, en soms lukt het zelfs helemaal niet om de oplossing te vinden. Het doel van dit onderzoek is enerzijds het ontwikkelen van slimme rekenmodellen om vloeistof/constructie interactie problemen nauwkeurig na te bootsen, en anderzijds van slimme rekenmethoden om die modellen snel met de computer op te lossen.