FS-Interaktion

Die Kopplung von Strömungs- und Strukturanalyse ist in vielen Bereichen unabdingbar, in anderen hingegen weniger bedeutsam bzw. notwendig. Da für die Lösung der beiden Probleme allgemein zwei verschiedene numerische Verfahren verwendet werden, die Finite-Volumen- und die Finite-Elemente Methode, ist ein integrierter Ansatz weniger geeignet und daher unüblich. Bei steifen Strukturen kann eine Rückkopplung auf das Strömungsfeld vernachlässigt werden, eine unilaterale Multidisziplinäre-Simulation ist ausreichend.

In anderen Fällen existiert dagegen eine Rückkopplung, die eine bilaterale Behandlung notwendig macht. Bis entsprechende Regeländerungen eingeführt wurden, war es beispielsweise in der Formel 1 üblich, die Front- und Heckflügel so zu konstruieren, dass sich die Profile bei steigender Drucklast bezüglich des Strömungswiderstands günstig verformten, so dass eine höhere Endgeschwindigkeit erreicht werden konnte. Gleichzeitig blieb so in langsamen Passagen genügend Abtrieb für hohe Kurvengeschwindigkeiten erhalten.

Da die beiden Simulationen verschiedene Bereiche (Domains) beschreiben, Fluidvolumen einerseits und Strukturbauteile andererseits, sind jeweils eigene Netze notwendig. Für den Datenaustausch ist massgebend, ob diese Netze an den gemeinsamen Berührungsflächen kompatibel, d.h. gleiche Knoten und Elementflächen, oder inkompatibel sind. Im zweiten Fall muss bei der Übertragung zusätzlich eine Interpolation der Ergebnisse zwischen den unterschiedlichen Netzen erfolgen. Aufgrund der deutlich grösseren Flexibilität bei der Modellierung ist das Arbeiten mit inkompatiblen Netzen die bevorzugte Variante. Der zusätzliche numerische Aufwand für die Interpolation wird dabei in Kauf genommen.

Bei einer unilateralen Multiphysik-Simulation werden die Druckverhältnisse aus der Strömungsanalyse an die Strukturanalyse weitergereicht. Bei einer bilateralen Verknüpfung wird die Deformation der Struktur zur Aktualisierung der Topologie des Fluidvolumens an die Strömungssimulation zurückgegeben.