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1	A new continuum based non-linear finite element formulation for modeling of dynamic response of deep water riser behavior Hosseini Kordkheili, Seyed January 2009 (has links) The principal objective of this investigation is to develop a nonlinear continuum based finite element formulation to examine dynamic response of flexible riser structures with large displacement and large rotation. Updated Lagrangian incremental approach together with the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensor and the Green-Lagrange strain tensor is employed to derive the nonlinear finite element formulation. The 2nd Piola-Kirchhoff stress and the Green-Lagrange strain tensors are energy conjugates. These two Lagrangian tensors are not affected by rigid body rotations. Thus, they are used to describe the equilibrium equation of the body independent of rigid rotations. While the current configuration in Updated Lagrangian incremental approach is unknown, the resulting equation becomes strongly nonlinear and has to be modified to a linearized form. The main contribution of this work is to obtain a modified linearization method during development of incremental Updated Lagrangian formulation for large displacement and large rotation analysis of riser structures. For this purpose, the Green-Lagrange strain and the 2nd Piola-Kirchhoff stress tensors are decomposed into two second-order six termed functions of through-thethickness parameters. This decomposition makes it possible to explicitly account for the nonlinearities in the direction along the riser thickness, as well. It is noted that using this linearization scheme avoids inaccuracies normally associated with other linearization schemes. The effects of buoyancy force, riser-seabed interaction as well as steady-state current loading are considered in the finite element solution for riser structure response. An efficient riser problem fluid-solid interaction Algorithm is also developed to maintain the quality of the mesh in the vicinity of the riser surface during riser and fluid mesh movements. To avoid distortions in the fluid mesh two different approaches are proposed to modify fluid mesh movement governing elasticity equation matrices values; 1) taking the element volume into account 2) taking both element volume and distance between riser centre and element centre into account. The formulation has been implemented in a nonlinear finite element code and the results are compared with those obtained from other schemes reported in the literature. 551.46
2	An interactive boundary layer modelling methodology for aerodynamic flows Smith, Lelanie 26 June 2012 (has links) Computational fluid dynamics (CFD) simulation is a computational tool for exploring flow applications in science and technology. Of central importance in many flow scenarios is the accurate modelling of the boundary layer phenomenon. This is particularly true in the aerospace industry, where it is central to the prediction of drag. Modern CFD codes as applied to modelling aerodynamic flows have to be fast and efficient in order to model complex realistic geometries. When considering viscous flows, the boundary layer typically requires the largest part of computational resources. To simulate boundary layer flow with most current CFD codes, requires extremely fine mesh spacing normal to the wall and is consequently computationally very expensive. Boundary layer modelling approaches offer considerable computational cost savings. One boundary layer method which proved to be very accurate is the two-integral method of Drela (1985). Coupling the boundary layer solution to inviscid external flow, however, is a challenge due to the Goldstein singularity, which occurs as separation is approached. This research proposed to develop a new method to couple Drela‟s two-integral equations to a generic outer flow solver in an iterative fashion. The study introduced an auxiliary equation, which was solved along with the displacement thickness to overcome the Goldstein singularity without the need to solve the entire flow domain simultaneously. In this work, the incompressible Navier-Stokes equations were used for the outer flow. In the majority of previous studies, the boundary layer thickness was simulated using a wall transpiration boundary condition at the interface between viscous and inviscid flows. This boundary condition was inherently non-physical since it added extra mass into the system to simulate the effects of the boundary layer. Here, this drawback was circumvented by the use of a mesh movement algorithm to shift the surface of the body outward without regridding the entire mesh. This replaced the transpiration boundary condition. The results obtained show that accurate modelling is possible for laminar incompressible flow. The predicted solutions obtained compare well with similarity solutions in the case of flat and inclined plates, and with the results of a NACA0012 airfoil produced by the validated XFOIL code (Drela and Youngren, 2001). Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2012. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted Boundary layer Two-integral method Coupling Auxiliary velocity Mesh movement algorithm Displacement thickness UCTD
3	Reduced order modeling techniques for mesh movement as applied to fluid structure interactions Bogaers, Alfred Edward Jules 11 August 2010 (has links) In this thesis, the method of Proper Orthogonal Decomposition (POD) is implemented to construct approximate, reduced order models (ROM) of mesh movement methods. Three mesh movement algorithms are implemented and comparatively evaluated, namely radial basis function interpolation, mesh optimization and elastic deformation. POD models of the mesh movement algorithms are constructed using a series of system observations, or snapshots of a given mesh for a set of boundary deformations. The scalar expansion coefficients for the POD basis modes are computed in three different ways, through coefficient optimization, Galerkin projection of the governing set of equations and coefficient interpolation. It is found that using only coefficient interpolation yields mesh movement models that accurately approximates the full order mesh movement, with CPU cost savings in excess of 99%. We further introduce a novel training procedure whereby the POD models are generated in a fully automated fashion. The technology is applicable to any mesh movement method and enables potential reductions of up to four orders of magnitude in mesh movement related costs. The proposed model can be implemented without having to pre-train the POD model, to any fluid-structure interaction code with an existing mesh movement scheme. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted Unstructured mesh movement Mesh optimization Proper orthogonal decomposition Radial basis function interpolation Reduced order modeling Elastic deformation UCTD
4	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 16 February 2018 (has links) (PDF) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. Metallurgie Kristallzüchtung Elektroprozesstechnik elektromagnetisches Prozessieren Optimierung Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate freie Oberfläche Interface-Tracking Induktion metallurgische MHD MHD Magnetodynamik Hydrodynamik Thermodynamik Magnetohydrodynamik OpenFOAM foam-extend Methodenentwicklung Softwareplattform Numerische Methoden Strömung mit freier Oberfläche Metalle Halbmetalle Silizium Wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Methode elektromagnetische Wechselfelder zeitharmonische Anregung Frequenzraum Blockmatrizen diskontinuierliche Materialeigenschaften magnetische Permeabilität elektrische Leitfähigkeit eingebettete Diskretisierung GFM Ghost-Fluid-Methode Mehrfeldproblem Multi-Physics Biot-Savart Biot-Savart-Gesetz Biot-Savart-Induktoren überlagerte Gitter ALE Gitterbewegung Kopplung FAM Finite-Flächen-Methode RMF rotierendes Magnetfeld TMF wanderndes Magnetfeld Validierung Maxwell Maxwell-Gleichungen Navier-Stokes Navier-Stokes-Gleichung inkompressibel Schmelze Lorentz-Kraft Induktor Konduktor Induktionsspulen Wirbelströme Wirbelstromproblem PISO Oberflächenspannung semi-gekoppelter Lösungsalgorithmus Diskretisierung Skineffekt AC quasistatische Approximation Magneto-Quasistatik metallurgy crystal growth electromagnetic processing optimization Simulation RGS Ribbon-Growth on Substrate free-surface interface-tracking Induction metallurgical MHD MHD magnetodynamics hydrodynamics thermodynamics magnetohydrodynamics OpenFOAM foam-extend method development software platform numerical methods free-surface flow metals metalloids silicon wafer 3D METIS FVM Finite-Volumen-Method oscillating magnetic fields time-harmonic excitation frequency domain block-matrices discontinuous material properties magnetic permeability electrical conductivity embedded discretization GFM Ghost-Fluid-Method multi-physics Biot-Savart Biot-Savart-inductor overlapped meshes ALE mesh movement coupling FAM Finite-Area-Method RMF rotating magnetic field TMF traveling magnetic field validation Maxwell Maxwell-equations Navier-Stokes Navier-Stokes-equation incompressible melt melt flow Lorentz-force inductor conductor induction coil eddy-currents eddy-current problem PISO surface-tension semi-coupled solution discretization skin effect AC quasi-static approximation ddc:620 rvk:UF 4600
5	Methodenentwicklung zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche unter dem Einfluss elektromagnetischer Wechselfelder Beckstein, Pascal 08 January 2018 (has links) Im Bereich der industriellen Metallurgie und Kristallzüchtung treten bei zahlreichen Anwendungen, wo magnetische Wechselfelder zur induktiven Beeinflussung von leitfähigen Werkstoffen eingesetzt werden, auch Strömungen mit freier Oberfläche auf. Das Anwendungsspektrum reicht dabei vom einfachen Aufschmelzen eines Metalls in einem offenen Tiegel bis hin zur vollständigen Levitation. Auch der sogenannte RGS-Prozess, ein substratbasiertes Kristallisationsverfahren zur Herstellung siliziumbasierter Dünnschichtmaterialien, ist dafür ein Beispiel. Um bei solchen Prozessen die Interaktion von Magnetfeld und Strömung zu untersuchen, ist die numerische Simulationen ein wertvolles Hilfsmittel. Für beliebige dreidimensionale Probleme werden entsprechende Berechnungen bisher durch eine externe Kopplung kommerzieller Programme realisiert, die für Magnetfeld und Strömung jeweils unterschiedliche numerische Techniken nutzen. Diese Vorgehensweise ist jedoch im Allgemeinen mit unnötigem Rechenaufwand verbunden. In dieser Arbeit wird ein neu entwickelter Methodenapparat auf Basis der FVM vorgestellt, mit welchem sich diese Art von Berechnungen effizient durchführen lassen. Mit der Implementierung dieser Methoden in foam-extend, einer erweiterten Version der quelloffenen Software OpenFOAM, ist daraus ein leistungsfähiges Werkzeug in Form einer freien Simulationsplattform entstanden, welches sich durch einen modularen Aufbau leicht erweitern lässt. Mit dieser Plattform wurden in foam-extend auch erstmalig dreidimensionale Induktionsprozesse im Frequenzraum gelöst. info:eu-repo/classification/ddc/620 ddc:620

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