Projektdaten

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Aerodynamische Instabilitäten dünnwandiger Strukturen zur Nutzung bei neuart. Energy Harvestern - numer.Sim.

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Aeroelastische Instabilitätsphänomene wie das Flattern haben für den Entwurf leichter Ingenieurkonstruktionen wie Tragflächen und Brücken erhebliche praktische Relevanz, so muss z.B. ein Flattern ausgeschlossen werden. Neuartige Konzepte des Energy Harvestings basieren hingegen auf dem Energieertrag aus aeroelastisch instabil reagierenden sich verbiegenden dünnwandigen Strukturen. Diese auf eine geringe Einsetzgeschwindigkeit des Flatterns ausgelegten Strukturen weisen dabei große Verformungen des Querschnittes auf. Wesentliche Einflußfaktoren auf die dynamische Antwort sind atmosphärische Turbulenz sowie geometrische Nichtlinearitäten. Für eine praktische Anwendung als Harvester sind Einsetzgeschwindigkeit und Energieertrag sowie die Materialbeanspruchungen der Struktur von Interesse. Um die Wirkmechanismen der Fluid-Struktur Interaktion solcher und vieler ähnlicher Strukturen zu untersuchen und eine Optimierung des Systems vornehmen zu können, sind entsprechende Analysemodelle erforderlich. Hier soll dazu eine numerische Simulationsmethode auf Basis von Vortex-Partikel-Methoden (VPM) entwickelt werden, die eine geometrisch nichtlineare strukturdynamische Finite-Elemente-Formulierung mit einer zu entwickelnden Erweiterung der Randelementemethode der VPM koppelt, die eine beliebig große Verformung der Oberflächengeometrie abbilden kann. Desweiteren werden aktuelle Entwicklungen zur Modellierung von in das Lösungsgebiet eingetragener atmosphärischer Turbulenz aufgegriffen und angewendet, um den Einfluß der Böigkeit des Windes auf die Strukturantwort zu simulieren. Hier soll das Konzept eines neuartigen elektromagnetischen Energy Harvesters als Referenzobjekt dienen. Entsprechende Modelle werden zur Validierung der Simulationsmethode im Windkanal getestet. Das validierte numerische Modell wird dann genutzt, um zu zeigen, daß wesentliche Aspekte der Effizienz des Harvesters und der Strukturbeanspruchungen quantifiziert werden können.