Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9371
For citation please use:
Main Title: Analysis and development of a monolithic computational approach for fluid–structure interaction by means of the finite element method
Translated Title: Untersuchung und Entwicklung eines monolithischen Berechnungsansatzes für die Fluid–Struktur–Interaktion mittels der Finite–Elemente–Methode
Author(s): Piekny, Florian
Referee(s): Müller, Wolfgang H.
Abali, Bilen Emek
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Master Thesis
Language Code: en
Abstract: The phenomenon of fluid–structure interaction (FSI) appears in many engineering applications. Its computation allows to quantify the mechanical behaviour of both fluid and structure interacting with each other. For that purpose, appropriate field equations are specified for an incompressible, viscous fluid and a linear elastic solid. The domain movement is considered by utilizing the arbitrary Lagrangean–Eulerian viewpoint for the fluid equations. Within a monolithic computational approach the fluid and structure equations are solved numerically in the reference configuration by means of the finite element method (FEM). The solution method is validated using numerically computed reference data for a benchmark problem. A novel FEM is introduced for the monolithic computation of FSI allowing a straightforward coupling to further field quantities. It is then extended to a computational approach for the thermomechanical FSI of an incompressible Navier–Stokes–Fourier fluid and a linear thermoelastic structure.
Das Phänomen der Fluid–Struktur–Interaktion (FSI) tritt in zahlreichen technischen Systemen auf. Die Berechnung der FSI ermöglicht eine Quantifizierung des mechanischen Verhaltens der miteinander interagierenden Fluide und Strukturen. Dafür werden die entsprechenden Feldgleichungen für ein inkompressibles, viskoses Fluid und eine linear-elastische Struktur bestimmt. Die Bewegung des Definitionsbereichs wird durch die Verwendung der arbitrary Lagrangean–Eulerian Betrachtungsweise für die Fluidgleichungen berücksichtigt. Innerhalb eines monolithischen Berechnungsansatzes werden die Fluid- und Strukturgleichungen in der Referenzkonfiguration numerisch mithilfe der Finite–Elemente–Methode (FEM) gelöst. Die Lösungsmethode wird mit numerisch ermittelten Daten für ein Vergleichsproblem validiert. Eine neuartige FEM für die monolithische Berechnung der FSI, welche eine einfache Kopplung zu weiteren Feldgrößen ermöglicht, wird eingeführt. Diese wird anschließend zu einem Berechnungsansatz für die thermomechanische FSI eines inkompressiblen Navier–Stokes–Fourier–Fluids und einer linear-thermoelastischen Struktur erweitert.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10419
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9371
Exam Date: 24-Sep-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 9-Dec-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
621 Angewandte Physik
Subject(s): fluid–structure interaction
arbitrary Lagrangian–Eulerian
heat transfer
finite element method
numerical computation
Fluid–Struktur–Interaktion
Wärmeübertragung
Finite–Elemente–Methode
numerische Berechnung
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:FG Kontinuumsmechanik und Materialtheorie » Publications

Files in This Item:
piekny_florian.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 3.47 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons