KONWIHR Project Flusib

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Flusib: Fluid-Structure-Interactions in Civil Engineering

Project summary

Das Ziel des KONWIHR-Projekts FLUSIB ist es, ein verbessertes Simulationsverfahren für gekoppelte Fluid-Struktur-Probleme aus dem Bauingenieurwesen zu entwickeln. Die Wechselwirkung zwischen Fluid und Struktur spielt bei zahlreichen Fragen im Bauwesen, z. B. bei dynamischen Untersuchungen im Hochbau oder bei Offshore-Konstruktionen eine wichtige Rolle. Aufgrund der Bedeutung der Thematik haben die Antragsteller diverse Projekte bereits eingeworben, um die durch die numerischen Methoden gegebenen Möglichkeiten zu nutzen, Fluid-Struktur-Wechselwirkungen zu untersuchen. Die vorhandenen Vorarbeiten sollen in KONWIHR in zwei Richtungen weiter vorangetrieben werden. Zum einen soll auf der strukturmechanischen Seite die bisherige Beschränkung auf dünne Flächentragwerke überwunden und durch die Weiterentwicklung des FE-Lösers auch echte Volumenelemente zugelassen werden. Zum anderen soll auf der strömungsmechanischen Seite ein verbesserter Ansatz zur Simulation turbulenter Strömungen (LES) implementiert werden, der eine realistischere Beschreibung der Fluiddynamik verspricht.

Die im Projekt zu untersuchende Problemstellung ist sehr komplex und auf jeden Fall interdisziplinär. Nur durch gemeinsame Anstrengungen von Strömungsmechanikern, Strukturmechanikern und Informatikern ist das Thema der Fluid-Struktur-Kopplung zu lösen. Das Projekt soll einen Beitrag zur generellen Lösung dieser schwierigen Aufgabenstellung liefern. Gleichzeitig soll sichergestellt werden, daß die im Projekt eingesetzten Techniken mittel- bis langfristig auch in die Lehre und Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses (Vorlesungen, Übungen, Studien- und Diplomarbeiten, Kurzlehrgänge, etc.) Eingang finden. Die beteiligten Firmen, SOFiSTiK AG (München) und INVENT Computing GmbH (Erlangen), haben großes Interesse an der zu bearbeitenden Problemstellung. Die SOFiSTiK AG ist ein mittelständisches Softwarehaus, das sowohl auf dem Gebiet der Softwareentwicklung für Probleme der Strukturmechanik als auch im Consulting für den Strukturentwurf im Bauwesen tätig ist. Die INVENT Computing GmbH ist eine Spin-Off Firma des LSTM Erlangen. Sie vertreibt u.a. das am LSTM entwickelte CFD-Progamm fastest und ist ferner im Bereich Consulting für strömungsmechanische Aufgabenstellungen tätig. Diese beiden Firmen werden an den Ergebnissen des Projekts direkt partizipieren. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Transfer der erarbeiteten Ergebnisse in die mittelständische Industrie ohne Verzögerungen erfolgt.

Gekoppelte Fluid-Struktur-Simulationen für praxisrelevante Problemstellungen aus dem Bauingenieurwesen stellen eine Aufgabenstellung dar, die höchsten wissenschaftlichen Ansprüchen genügt und die vor allem bezüglich der Anforderungen an Rechenleistung kaum noch zu überbieten ist (Grand Challenge). Daher läßt sich die Problemstellung nur sinnvoll angehen, wenn "High-Performance Computing"-Techniken eingesetzt werden. Die Antragsteller haben auf diesem Gebiet bereits umfangreiche Erfahrungen gesammelt. Da mit liegen hervorragende Voraussetzungen vor, die geplanten aufwendigen Simulationen u.a. auch auf dem am LRZ München installierten Bundesrechner (Hitachi SR 8000) durchzuführen. Dieser wird die benötigten hohen Rechenleistungen zur Verfügung stellen können. Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß das geplante Forschungsvorhaben ein echtes HPC-Projekt ist und somit ins Kompetenznetzwerk Wissenschaftliches Höchstleistungsrechnen gehört.

KONWIHR funding

  • initial KONWIHR funding: 1/2001-12/2003

Contact:

  • Prof. Dr. E. Rank, Lehrstuhl für Bauinformatik, TU-München
  • Prof. Dr. F. Durst, PD Dr. M. Breuer, Lehrstuhl für Strömungsmechanik, Uni-Erlangen

Selected publications

  • E. Rank, A. Halfmann, M. Glück, M. Breuer, F. Durst, U.Kaiser, D. Bergmann, S. Wagner: Windbelastung leichter Flächentragwerke: Numerische Simulation und Windkanalversuch, Bauingenieur, 78 (2003) 501-508.
  • M. Breuer: Direkte Numerische Simulation und Large-Eddy Simulation turbulenter Strömungen auf Hochleistungsrechnern, Habilitationsschrift, Universität Erlangen-Nürnberg; Berichte aus der Strömungstechnik, Shaker Verlag (Aachen), (2002). External link: ISBN 3-8265-9958-6
  • M. Glück: Ein Beitrag zur numerischen Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen - Grundlagenuntersuchungen und Anwendung auf Membrantragwerke, Dissertation, Technische Fakultät, Universität Erlangen-Nürnberg, (2002). External link: E-Diss