Fluid-Struktur-Interaktion mit Undichtigkeiten

Ein nur mit großen Schwierigkeiten zu lösendes Problem bei der Strömungssimulation auf Basis von gitterbasieren Finite-Volumen-Verfahren sind topologische Änderungen des Gitters. Der klassische Anwendungsfall aus der Ingenieurpraxis sind das Öffnen und Schließen von Ventilen, beispielsweise Flatterventile oder Ein/Auslassventile bei Kolbenmotoren. Der Wechsel von einem noch gerade geöffneten Ventil zum vollständig geschlossenen Ventil stellt eine Singularität dar, die nicht nur eine Topologie-änderung der Gitters zu Folge hat, sondern darüber hinaus auch den schlagartigen Stopp des Volumenstromes durch das Ventil.

Mit der gitterlosen Methode SPH entfallen diese Einschränkungen, wie das gezeigte Beispiel demonstriert.

Hier wie ein Fluid in eine schlauchförmige undurchlässige Membran aus hyperelastischem Material gepresst, an deren unteren Ende sich ein starrer Deckel raumfest befindet ist. Der Schlauch ist hierbei nicht fest mit dem Deckel verbunden.

Während der Schlauch befüllt wird, vergrößert sich zunächst sein Radius. Die Volumenkonstanz des gummiartigen Materials mit einer Querkontraktion von nahezu 0.5 bedingt eine Verkürzung des Schlauches. Am unteren Ende öffnet sich infolge dessen ein Spalt, durch den das Fluid schließlich ausfließen kann.

Es handelt sich um eine Co-Simulation zwischen SimPARTIX^® und Abaqus/Explicit.