Tagungsbände des 1. und 2. Methodenworkshop der Querschnittsarbeitsgruppe 1 "Energetisch-wirtschaftliche Bilanzierung" des Spitzentechnologieclusters eniPROD / Proceedings of the 1st and the 2nd workshop of the cross-sectional group 1 'Energy-related technologic and economic evaluation' of the Cluster of Excellence eniPROD

3. Methodenband der Querschnittsarbeitsgruppe "Energetisch-wirtschaftliche Bilanzierung" des Spitzentechnologieclusters eniPROD / 3rd workbook of the cross-sectional group 'Energy-related technologic and economic evaluation' of the Cluster of Excellence eniPROD

Mit dem aktuell und zukünftig steigenden Bedarf an Elektromotoren werden Fragestellungen zu deren ressourcenschonenden Herstellung und auch effizienteren Betrieb immer zentraler. Eine wichtige Stellgröße ist dabei die Vergrößerung des sogenannten Nutfüllfaktors. Zum einen können dadurch Maschinen kleiner dimensioniert oder bei gleicher Baugröße leistungsfähiger werden. Verschiedene Fertigungsmethoden können zur Herstellung von Spulen mit hohen Nutfüllfaktoren zur Anwendung kommen, bergen jedoch verschiedene Nachteile wie geringe Produktivität, hohen Energie- und Ressourcenbedarf sowie Einschränkungen in der geometrischen Gestaltungsfreiheit der Einzelwindungen. In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozesskette zur umformtechnischen Herstellung von Spulen mit trapezförmiger Querschnittsgeometrie im Nutbereich entwickelt und analysiert. Ausgehend vom Stand der Technik und Wissenschaft werden die für die Funktion der Spule notwendigen Randbedingungen herausgestellt und verschiedene Herstellungsvarianten abgeleitet und bewertet. Nach Auswahl der Vorzugsvariante werden die Einzelprozessschritte durch FE-Umformsimulationen abgebildet und charakterisiert. Die Erkenntnisse fließen in die Konstruktion und Modifikation von Werkzeugen ein, mit welchen im Anschluss experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Mit der Herstellung von Demonstratorspulen jeweils aus Kupfer und Aluminium werden die Umsetzbarkeit der entwickelten Prozesskette belegt und Gestaltungshinweise für Prozess und Werkzeuge abgeleitet.:Abbildungsverzeichnis IX Formelverzeichnis XIX Abkürzungsverzeichnis XXIII Tabellenverzeichnis XXV 1 Einführung und Motivation 1 2 Stand der Technik 5 2.1 Begriffe zur Spulentechnik 5 2.1.1 Allgemeine Erläuterungen zum Aufbau elektrischer Spulen 5 2.1.2 Elektrotechnische Kenngrößen 8 2.1.3 Nutfüllfaktor 11 2.1.4 Stromverdrängung und Wechselstromverluste 15 2.1.5 Restriktionen für den Statoraufbau 19 2.2 Relevante Herstellungsverfahren für Elektrospulen 23 2.2.1 Urformen 24 2.2.2 Umformen 26 2.2.3 Trennen 34 2.2.4 Fügen 35 2.2.5 Beschichten 39 2.2.6 Bewertung der Fertigungsverfahren und Fazit 40 2.3 Umformtechnische Prozessvarianten zur Erhöhung des Nutfüllfaktors 42 2.3.1 Grundlegendes 42 2.3.2 Verdichtung vorgewickelter Spulen 42 2.3.3 Formgebung von Einzeldrähten mit anschließender Wicklungserzeugung 51 2.4 Zusammenfassung des Standes der Technik 59 3 Zielsetzung 61 4 Geometrisch-technologische Auslegungssystematik 63 4.1 Notwendige Herstellungsschritte 63 4.2 Mögliche Prozessketten und Auswahl einer Vorzugsvariante 64 4.3 Auslegung der Spulengeometrie via CoilCalculator 66 4.4 Geometrische Analyse ausgewählter Herstellungsschritte 71 4.5 Werkstoffphysikalische Einordnung 78 5 Numerische Simulation und Anpassung der Fertigungsfolge 83 5.1 Werkstoffcharakterisierung 83 5.2 FE-Analyse der gewählten Prozesskette 89 5.2.1 Sequenzielles Pressen 89 5.2.2 Biegen 101 5.2.3 Kalibrieren des Wicklungskopfes 106 5.3 Zwischenfazit der Simulationsergebnisse 120 6 Experimentelle Untersuchungen 123 6.1 Vorversuche 123 6.2 Sequenzielles Pressen 127 6.3 Biegen 139 6.4 Kalibrieren des Wicklungskopfes 143 6.5 Zwischenfazit der experimentellen Untersuchungen 150 7 Zusammenfassung und Ausblick 153 Literaturverzeichnis 157 Anlagenverzeichnis 173

Getrieben von einem weltweit zunehmenden Kostendruck sind insbesondere die produzierenden Unternehmen im kmU-Bereich angehalten, ihre Geschäftsprozesse insbesondere in der Fertigung, Montage und Logistik effizienter, flexibler und kürzer zu gestalten. Als wesentlicher Faktor dafür gilt die rationelle, schnelle und echtzeitnahe Erfassung, Aufbereitung, Weiterleitung und Speicherung der Ressource Information, insbesondere für eine operative Produktionsablaufsteuerung und - überwachung. Mit der Nutzung der Transpondertechnologie (bzw. RFIDTechnologie) zur Gestaltung eines hocheffektiven und kostengünstigen Informationsflusses in den Produktions- und Logistikabläufen besteht dafür ein hohes zukunftsträchtiges Potenzial, welches es praxisrelevant aufzubereiten und zu überführen gilt. Mit der Integration dieser Technologie in die Prozesssteuerung bzw. in ihre Abläufe wird die Eigenschaft genutzt, Zustands- und Prozessdaten zeitkonform zu erkennen, bewerten, aktualisieren und sie wieder an Objekte mit ausgestattetem Transponder zu übertragen, um operativ auf die Prozesse Einfluss nehmen zu können. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse und die in hohem Maße gemeinsam mit der Praxis erzielten Forschungsinhalte entstanden aus einem gemeinsam mit dem Fachgebiet Logistik der Universität Dortmund (Prof. Dr.-Ing. R. Jansen, MSc St. Harms, Dipl.-Ing. M. Finger, Dipl.-Kfm. J. Schmidt, Dr.-Ing. B. Bohl ) erarbeiteten und von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) geförderten Vorhaben Integration der Transpondertechnologie zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der operativen Produktionssteuerung (ITELOP). Die AiF- Vorhaben- Nr. lautet: ZUTECH 65 ZBG / 1. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes münden in einen internetbasierten Leitfaden, in welchem auf Basis der Planungsmethodik die Schritte zur Neuplanung eines RFID-Systems - wahlweise zur Produkt- oder Ladungsträgeridentifikation aufbereitet und gestaltet werden (http://www.tu-chemnitz.de/mb/InstBF/ITELOP).

Ein bedeutender Punkt in der Brennstoffzellentechnologie ist der Einsatz von platinhaltigen Elektroden, welche die Brennstoffzellentechnologie zu einer teuren Technologie macht. Zum jetzigen Zeitpunkt werden die katalytischen Schichten in großen Maßstäben als Endlos-Elektroden produziert, was dazu führt, dass die einzelnen Elektroden für die Stacks ausgeschnitten und hierbei viel nicht genutztes Elektrodenmaterial, sprich Abfall entsteht. Dieser kann später recycelt werden, jedoch ist eine 100 %ige Rückgewinnung der eingesetzten Rohstoffe nicht möglich. Die Drucktechnik bietet eine Möglichkeit diese Entstehung von Abfall zu vermeiden. Mittels der verschiedenen Drucktechnologien, wie z. B. Inkjet-, Tief- und Siebdruck ist es möglich Elektroden mit gezielten Geometrien zu fertigen, sprich die Elektrodenschichten werden genau an die Erfordernisse angepasst. Der Aufbau von Multilagen ist präzise möglich und es können MEA´s (Membran-Electrode Assembly) mit scharfen, klar abgegrenzten Kanten erstellt werden. In diesem Paper werden Ergebnisse der Inkjet- und Tiefdrucktechnologie vorgestellt, sowie deren Charakterisierung. Da bereits kleinste Unregelmäßigkeiten in den Elektroden zu einem Ausfall des Systems führen können, werden die katalytischen Schichten mittels Oberflächenprofilometer (Veeko Dektak 150) auf ihre Homogenität untersucht. Darüber hinaus werden die Leitfähigkeiten (SÜSS Microtec PM5 Probe System) und die Haftung der gedruckten Schichten in Abhängigkeit von der Drucktechnologie betrachtet. / An important point in fuel cell technology is the use of platinum-containing electrodes, which makes fuel cell technology an expensive technology. At present, the catalytic layers are produced on a large scale as continuous electrodes, which results in the individual electrodes being cut out for the stacks, resulting in a lot of unused electrode material, i.e. waste. This can be recycled later, but 100 % recovery of the raw materials used is not possible. The printing technology offers a possibility to avoid this generation of waste. Using the various printing technologies, such as inkjet, gravure, and screen printing, it is possible to produce electrodes with specific geometries, i.e. the electrode layers are precisely adapted to the requirements. The construction of multilayers is precisely possible and MEA's (Membrane Electrode Assembly) with sharp, clearly defined edges can be created. This paper presents the results of inkjet and gravure printing technology and their characterization. Since even the smallest irregularities in the electrodes can lead to system failure, the homogeneity of the catalytic layers is examined using a surface profilometer (Veeko Dektak 150). In addition, the conductivities (SUSS Microtec PM5 Probe System) and the adhesion of the printed layers will be examined as a function of the printing technology.

Brennstoffzellen stellen aufgrund ihrer Vielseitigkeit, ihres Wirkungsgrades und ihrer systembedingten Vorteile eine ausgezeichnete Lösung zur Erzeugung von elektrischer Energie bei Bedarf dar. Zahlreiche Projekte haben die prinzipielle Einsatzbereitschaft dieser Technologie für stationäre, maritime und mobile Anwendungen gezeigt. Der Markthochlauf steht jedoch derzeit vor einigen Hürden. Besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, wie kleine und mittlere Unternehmen (KMU) diese überwinden können. Diese Hindernisse werden im Kontext der allgemeinen Marktsituation im Allgemeinen sowie in der Brennstoffzellenindustrie grundlegend analysiert. Möglichkeiten zur Kostensenkung bei steigenden Produktionsmengen und zur Sicherstellung der erforderlichen Produktqualität werden diskutiert. Die zu produzierenden Stückzahlen sind je nach Marktsegment sehr unterschiedlich. Daher ist es unerlässlich, dass die Produktionskapazitäten mit der tatsächlichen Nachfrage nach Brennstoffzellensystemen und -produkten wachsen. Ein universelles Brennstoffzellensystem, das nur einfache Anpassungen für verschiedene Anwendungen erfordert, kann hier eine Lösung sein. / Fuel cells represent an excellent solution for generating electrical power on demand because of their versatility, efficiency and system-related advantages. Numerous projects have shown the readiness of this technology for stationary, maritime and mobile applications. However the market ramp-up presently faces certain hurdles. Particular attention is paid to how small and medium sized enterprises (SMEs) can overcome them. These obstacles are put in context by an analysis of the general market Situation within the fuel cell industry. Opportunities for the reduction of costs as production quantities ramp up whilst assuring the necessary product quality are discussed. The quantities involved are vary between individual market segments. Therefore it is imperative that production capacities grow in line with the actual demand for fuel cell systems and products. A universal fuel ce/1 system design which only needs simple adaptations for different applications can be a solution here.

Induction Assisted Single Point Incremental Forming (IASPIF) is a die-less hot sheet metal forming. The IASPIF does not apply characteristic complex tooling like those applied in deep drawing and bending. In this thesis, induction heating was used to heat up the sheet while simultaneously forming with a tool. The research goal is to improve the formability of high strength steels by heating. The IASPIF consists of non-complicated set up that allows induction heating to be utilized through the coil inductor moved under the sheet and synchronized with the forming tool that moves on the upper side of the sheet. The advanced high strength steel alloys, DP980, DP600 and 22MnB5 steels, were investigated. The influence of induction heating on formability was evaluated by the maximum wall angle that can be achieved in a single pass. Additionally, tool diameter and tool feed rate was also varied. The most influencing parameters were tool feed rate, induction power, and the profile depth. A new forming strategy was also developed by control the heating temperature through coupling the formed profile depth with a successively increased tool feed rate. The forming forces of DP980 steel sheet, were reduced from 7 kN to 2.5 kN when forming process was performed at room and elevated temperature, respectively. Stretching stresses were developed during forming process causing a high reduction in the resulting wall part thickness. New findings in this investigation were the reverse relationship between the step-down depth and the thickness reduction percentage. The smaller the tool diameter, the better was the formability. The finite element simulation of the investigated forming process showed that the increase in heating temperature has a direct effect on rising the plastic strain from 0.2 at room temperature to 1.02 at 800 ◦ C. The maximum true strain achieved in the resulting wall part thickness was determined by FEM simulations and validated with experimental trials. The part shape accuracy was measured and the highest deflection was founded when the part was formed by the highest step-down depth. Moreover, the minimum deflection in the part shape was achieved by utilizing a high induction power in the experiments. Finally, the resulting mechanical properties of the 22MnB5 alloy sheet material were tailored during IASPIF. For this purpose, the sheets were locally heated by induction during the forming process and subsequently quenched at different rates. As a result, the produced tailored parts consist of three different regions, which consist of a ductile, transitional and hardened region. The proposed procedure allows forming and quenching at the same time without transfer and thus, process time was reduced. / Die induktionsgestützte, inkrementelle Blechumformung (englisch: Induction Assisted Single-Point Incremental Forming IASPIF) ist Warmumformprozess, bei dem keine komplexen Werkzeuge wie beim Tiefziehen und Biegen benötigt werden. Inhalt dieser Arbeit ist die inkrementelle Umformung eines Bleches mit gleichzeitig ablaufender induktiver Erwärmung. Das Forschungsziel bestand in der Verbesserung der Umformbarkeit von hochfesten Stahlwerkstoffen wie DP600, DP980 und 22MnB5 durch eine gezielte partielle Erwärmung. Der prinzipielle Aufbau des Versuchsstandes besteht aus einem Spuleninduktor, der unterhalb des umzuformenden Blechs platziert ist, und der synchron mit dem Werkzeug – einem Drückdorn – während des Umformvorganges verfährt. Ein wesentlicher Untersuchungsschwerpunkt bestand in der Ermittlung der Einflussgrößen auf den untersuchten IASPIF-Prozess. Für die Bewertung der Umformbarkeit wurden hierbei der maximal erreichbare Teilwandwinkel und die Profiltiefe, die in einem Umformdurchgang herstellbar waren, ermittelt und ausgewertet. Darüber hinaus konnten im Rahmen der Arbeit die Induktionsleistung des Generators, der Werkzeugdurchmesser und die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit als relevante Prozessparameter identifiziert werden. Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zeigten die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit und die Induktionsleistung einen wesentlichen Einfluss auf die erreichbare Profiltiefe. Aufbauend auf den erzielten Ergebnissen konnte eine prozessangepasste Umformstrategie entwickelt werden, bei der eine konstante Erwärmungstemperatur durch das Koppeln der momentanen Profiltiefe mit einer sukzessiv steigenden Werkzeugvorschubgeschwindigkeit erreicht wird. Weiterhin ließen sich die Kräfte bei der Umformung eines Stahlbleches aus DP980 von 7 kN (bei Raumtemperatur) auf 2,5 kN (bei erhöhter Temperatur) reduzieren. Aufgrund des mit einem Streckziehvorgang vergleichbaren Spannungszustandes während des Umformprozesses war eine starke Verringerung der resultierenden Wanddicke zu beobachten. Als neue Erkenntnis in dieser Untersuchung konnte die umgekehrte Beziehung zwischen der Zustelltiefe und dem Dickenreduktionsprozentsatz abgleitet werden. Aus der Finite - Elemente - Simulation des vorgestellten Umformprozesses wurde erkennbar, dass die Erhöhung der Erwärmungstemperatur einen direkten Einfluss auf die plastische Dehnung von 0,2 (bei Raumtemperatur) auf 1,02 (bei 800 °C) hat. Mittels der numerischen Simulation und der nachfolgenden experimentellen Validierung erfolgte darüber hinaus die Bestimmung der maximalen wahren Dehnung, die in der resultierenden Wanddicke erreicht wurde. Bei den Versuchen mit der größten Zustellung ließ sich durch die Bestimmung der Teileformgenauigkeit die höchste Abweichung von der Sollgeometrie CAD Modell feststellen. Abschließend wurde nachgewiesen, dass der IASPIF Prozess auch zur Einstellung maßgeschneiderter Bauteileigenschaften wie der resultierenden mechanischen Eigenschaften des Blechmaterials aus 22MnB5 einsetzbar ist. Zu diesem Zweck wurden die Bleche während des Umformprozesses lokal induktiv erwärmt und anschließend zur Einstellung des gewünschten Gefüges bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgeschreckt.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Herstellung von Fabry-Pérot Interferometern (FPI) für die spektrale Analyse von Gasen und Flüssigkeiten. Die FPI werden miniaturisiert mittels Siliziumtechnologie hergestellt und ermöglichen kleine Mikrospektrometer mit hohem Auflösungsvermögen. Die vorliegende Dissertation untersucht Technologie- und Herstellungskonzepte für den sichtbaren (VIS) und infraroten (IR) Spektralbereich mit jeweils unterschiedlichen Reflektorkonzepten. Im VIS-Spektralbereich erfolgt neben der Entwicklung von Bragg-Reflektoren auch die Betrachtung von strukturierten, dielektrischen Membrangittern und strukturierten Metallgittern auf dielektrischen Membranen für eine Einsatzmöglichkeit im FPI. Dabei wird ebenfalls die Entwicklung einer Herstellungs- und Strukturierungstechnologie für hochbrechendes Titandioxid durchgeführt, um einen Bragg-Reflektor mit höheren Brechzahlkontrast zu realisieren. Im IR-Spektralbereich stellen drei Bragg-Reflektorvarianten aus polykristallinem Silizium und Luft den Inhalt dieser Dissertation dar. Die hergestellten Reflektoren werden hinsichtlich ihrer Funktion messtechnisch charakterisiert und die Strukturintegration in einem FPI und Etalon anhand von ausgewählten Reflektoren vorgestellt.

Im Kampf gegen den Klimawandel nehmen Wasserstofftechnologien eine zentrale Rolle ein. Jedoch stellt dieses Feld für viele Unternehmen und Institutionen noch Neuland dar. Deshalb unterstützen die Fraunhofer Institute IWU und IMWS den Einstieg mit einer Kompetenzplattform für angewandte Wasserstofftechnologien, die vom Hydrogen Lab Görlitz koordiniert wird. In diesem Beitrag eruieren wir, wer von dieser Plattform in Zukunft profitieren wird, welche Wünsche die Nutzer haben und wie man diese umsetzen könnte. Das Rückgrat dieser Plattform bilden: i) ein Datenraum, der mit Mess- und Simulationsergebnissen gespeist wird und als Basis für Digitalisierungsprojekte dient; ii) ein Wissensraum der notwendige Kompetenzen auf allen Niveaus vermittelt; iii) Werkzeuge zur technischen und ökonomischen Planung von Wasserstoffanlagen und zur Entscheidungsfindung bei strategischen Fragen. Des Weiteren ist eine intelligente Karte angedacht, die Angebote und Bedarfe an Wasserstoff, Produkten, Dienstleistungen und Kooperationen im Bereich Wasserstoff visualisiert. Zuletzt wird der zeitliche Horizont der Umsetzung diskutiert. / Hydrogen technologies play a central role in the fight against climate change. However, this field still represents uncharted territory for many companies and institutions. Therefore, the Fraunhofer Institutes IWU and IMWS support the entry with a competence platform for applied hydrogen technologies, which is coordinated by the Hydrogen Lab Görlitz. In this article, we elicit who will benefit from this platform in the future, what the users' wishes are and how they could be implemented. The backbone of this platform is: i) a data space fed with measurement and simulation results and serving as a basis for digitization projects; ii) a knowledge space providing necessary competences on all levels; iii) tools for technical and economic planning of hydrogen plants and for decision making on strategic issues. Furthermore, an intelligent map is envisaged that visualizes offers and needs for hydrogen, products, services and cooperations in the field of hydrogen. Finally, the time horizon of the implementation is discussed.

The interaction between fluids and structures, which is an interdisciplinary problem, has gained importance in a wide range of scientific and engineering applications. Thanks to new advances in computer technology, the numerical analysis of multiphysics phenomena has aroused growing interest. Fluid-structure interactions have been numerically and experimentally studied by many researchers and published by several books, papers, and review papers. Hou et al. (2012) [3] have also published a review paper entitled “Numerical methods for fluid-structure interaction”, which provides useful knowledge about different approaches for FSI analysis. The key challenge encountered in any numerical FSI analysis is the coupling between the two independent domains with clear distinctions. For example, a structure domain requires discretizing by a Lagrangian mesh where the mesh is fixed to the mass and follows the mass motion. In fact, the Lagrangian mesh is able to deform and follows an individual structural mass as it moves through space and time. Nonetheless, the fluid mesh remains intact within the space, where the fluid flows as time passes. The numerical approaches with regard to FSI phenomena can be divided into two main categories, namely the monolithic approach and the partitioned approach. In the former, a single system equation for the whole problem is solved simultaneously by a unified algorithm; however, in the latter, the fluid and the structure are discretized with their proper mesh and solved separately by different numerical algorithms. When a fluid flow interacts with a structure, the pressure load arising from the fluid flow is exerted on the structure, followed by deformations, stresses, and strains of the structure. Depending on the resulting deformation and the rate of the variations, a one-way or two-way coupling analysis can be conducted. Fluid-structure interaction (FSI) is characterized by the interaction of some movable or deformable structure with an internal or surrounding fluid flow. In a fluid-structure interaction (FSI), the laws that describe fluid dynamics and structural mechanics are coupled. There is also another classification for FSI problems on the basis of mesh methods: conforming methods and non-conforming methods. In the first method, the interface condition is regarded as a physical boundary (interface boundary) moving during the solution time, which imposes the mesh for the fluid domain to be updated in conformity with the new position for the interface. In contrast, the implementation of the second method eliminates a need for the fluid mesh update on the account of the fact that the interface requirement is enforced by constraints on the system equations instead of the physical boundary motion. In this work, we study numerically and experimentally the fluid-structure interaction comprising a flexible slender shaped structure, free surface flow and potentially interacting rigid structures, categorized in flood protection applications, whereas more emphasis is given to numerical analysis. Objectives of this study are defined in detail as follows: The initial aim is the numerical analysis of the behavior of a down-scale membrane loaded by hydrostatic pressures, where the numerical results have to be validated against available experimental data. A further case which has to be investigated is how the full scale flexible flood barrier behaves when approached and impacted by an accelerated massive flotsam. The numerical model has to be built so as to replicate the same physical phenomenon investigated experimentally. It enables a comparison between the numerical and experimental analyses to be drawn. A more complicated case where the flexible down-scale membrane interacts with a propagated water wave is a further target area to study. Moreover, an experimental investigation is required to validate the numerical results by way of comparison. The ultimate goal is to perform a similitude analysis upon which a correlation between the full-scale prototype and the down-scale model can be formed. The implementation of the similarity laws enables the behavior of the full scale prototype to be quantitatively assessed on the basis of the available data for the down-scale model. In addition, in order to validate the accuracy of the similitude analysis, numerical analyses have to be carried out.:Contents Zusammenfassung I ABSTRACT IV Nomenclature X 1 Introduction 1 1.1 Work overview 2 1.2 Literature review 3 1.2.1 The non-conforming methods 6 1.2.2 The conforming (partitioned) approaches 11 1.2.2.1 Interface data transfer 16 1.2.2.2 Accuracy, stability and efficiency 16 1.2.2.3 Modification of interface conditions: Robin transmission conditions 18 1.3 Concluding remarks 19 2 Methodology-numerical methods for fluid-structure interaction analysis (FSI) 20 2.1 Single FV framework 21 2.1.1 The prism layer mesher 24 2.1.2 Turbulence modeling 24 2.2 Preparation of the standalone Abaqus model 27 2.2.1 Damping by bulk viscosity 28 2.2.2 Coulomb friction damping 29 2.2.3 Rayleigh damping 29 2.2.4 Determination of the Rayleigh damping parameters based on the Chowdhury procedure 29 2.2.5 The frequency response function (FRF) measurement 30 2.2.6 The half-power bandwidth method 31 2.3 Explicit partitioned coupling 33 2.4 Implicit partitioned coupling 39 2.5 Overset mesh 40 2.6 Concluding remarks 42 3 Verification and validation of the structural model 44 3.1 Numerical model setup of the down-scale membrane 44 3.2 Comparing similarity between numerical and experimental results 46 3.2.1 Hypothesis test terminology 46 3.2.2 Curve fitting 47 3.2.3 Similarity measures between two curves 48 3.3 Results (down-scale membrane) 52 3.3.1 Similarity tests for the contact length 54 3.3.2 Similarity tests for the slope 58 3.3.3 Similarity tests for the displacement in Y direction 60 3.4 Concluding remarks 63 4 Numerical model setup of the original membrane for impact analysis 66 4.1 Structure domain 67 4.2 Fluid domain 72 4.2.1 Standard mesh and results 74 4.2.2 Overset mesh 80 4.3 Co-simulation model setup and results 88 4.4 Concluding remarks 96 5 Numerical wave generation 100 5.1 Theoretical estimation of the waves 107 5.2 Numerical wave tank setup 110 5.3 Results 114 5.4 Concluding remarks 119 6 Validity of the model with dynamic pressure 121 6.1 Wave tank 123 6.2 Structure domain 127 6.3 Fluid domain 130 6.4 Co-simulation model setup 136 6.5 Experimental approach 137 6.6 Results 141 6.6.1 Similarity tests for the displacement of the membrane in X direction 156 6.6.2 Similarity tests for the displacement of the membrane in Y direction 160 6.6.3 Similarity tests for the displacement of the membrane in Z direction 164 6.7 Concluding remarks 168 7 Similarity 171 7.1 Motivation 171 7.2 Governing equations 174 7.3 Buckingham Pi theorem 175 7.4 Dimensionless numbers 175 Similitude requirement 177 7.5 Simulation setup 178 7.6 Results 179 7.7 Concluding remarks 191 8 Summary, conclusions and outlook 192 List of figures 199 List of tables 209 References 210