Pseudo-dreidimensionales Verfahren zur numerischen Simulation der Schwingungserregung linienförmiger Bauwerke durch realen Wind

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Morgenthal
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233410851

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine Methode zur effizienten numerischen Simulation der aerodynamischen Schwingungserregung linienförmiger Bauwerke entwickelt werden. Dabei werden die stochastischen Eigenschaften des natürlichen Windfeldes der bodennahen Grenzschicht ebenso berücksichtigt wie die Strömungs-Festkörper-Interaktion und die strukturdynamischen Eigenschaften des Bauwerkes. Das dreidimensionale Lösungsgebiet wird durch eine Pseudo-3D-Formulierung abgebildet.Es werden Verläufe des zeitlich und räumlich veränderlichen Windgeschwindigkeitsvektorfeldes unter Berücksichtung realer Windparameter künstlich generiert. Das dreidimensionale Lösungsgebiet wird durch entlang der Struktur angeordnete Scheiben aufgelöst, in denen zweidimensionale numerische Strömungssimulationen durchgeführt und mit einem dreidimensionalen strukturdynamischen Modell gekoppelt werden. Die jeweils zweidimensionalen Berechnungen der Strömungs-Bauwerk-Interaktion basieren auf der Vortex-Partikel-Methode als hocheffizientem Verfahren, für das zahlreiche erfolgrei-che Anwendungen im Windingenieurwesen dokumentiert sind. Die Kopplung der instationären Wind-verhältnisse mit der Strömungssimulation erfolgt mithilfe einer neuen Methode zur Modellierung von in das Strömungsgebiet eingetragener turbulenter Anströmung. Diese basiert auf zusätzlichen strom-aufwärts eingefügten Wirbelpartikeln.Es ergibt sich somit erstmals ein Verfahren, das alle relevanten Winderregungsmechanismen von Bauwerken wie Türmen, Hochhäusern und langgespannten Brücken konsistent abbilden kann, wobei strömungsmechanische Effekte entlang des Bauwerkes vernachlässigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen