Entwicklung eines numerischen Berechnungsverfahrens für Rührwerksschwingungen

Die Voraussetzungen zur Auslegung von Ruhrwerken nach der kritischen Drehzahl mit einfachen analytischen Ansatzen sind selten erfullt, da die Fluidkrafte auf das Ruhrwerk und die realen, oftmals weichen Einspannverhaltnisse zwischen Ruhrwerk und Trager nicht hinreichend berucksichtigt werden konnen. Beide Aspekte haben jedoch einen grosen Einfluss auf den Zahlenwert der kritischen Drehzahl und auf die Auslenkungsamplituden bzw. Biegebeanspruchung des Ruhrwerks und damit verbundene unzulassige Drehzahlbereiche. Das Ruhrmedium kann auf das Ruhrwerk sowohl als Dampfungsglied als auch als Anregende fungieren, so dass im Vergleich zum Leerlauf veranderte Auslenkungsamplituden resultieren. Die Stoffeigenschaften des Ruhrmediums und die Stromungsverhaltnisse im Ruhrbehalter mussen in die Dimensionierung des Ruhrwerks einfliesen. Die Erweiterungen der analytischen Ansatze um fluiddynamische Zusatzmassen gelten oftmals nur fur Standardruhrwerke und das Ruhrmedium Wasser, und sind auf Realfalle mit komplexeren Ruhrorganen nicht zu ubertragen. Daruber hinaus sind zur Bestimmung der fluiddynamischen Zusatzmassen haufig kosten- und zeitintensive Vorversuche notig. Kommerzielle FEM-Programme sind zum gegenwartigen Zeitpunkt nicht in der Lage, voll fluid-struktur-gekoppelte Probleme bei praxisrelevanten Reynoldszahlen zu berechnen. Eine vollstandige fluid-struktur-gekoppelte Simulation von FEM-Modell und CFD-Modell, die uber den standigen Austausch von Grosen wie Kraften, Verschiebungen und Geschwindigkeiten zwischen den beiden Programmpaketen laufen musste, ist sehr rechenzeit- und speicherplatzaufwendig sowie programmiertechnisch zu schwerfallig. In dieser Arbeit wird ein kommerzieller CFD-Code durch ein selbst entwickeltes numerisches Modell fur die Ruhrerdynamik erweitert (Fluid-Struktur-Kopplung). Das simulierte Stromungsfeld wird vollstandig mit der Ruhrwerksstruktur gekoppelt, wodurch samtliche fluiddynamischen Krafte auf das Ruhrwerk berucksichtigt werden. Mogliche weiche Einspannverhaltnisse zwischen Ruhrwerk und Halterung werden uber analytische Berechnungskonzepte in das numerische Modell miteinbezogen. Es konnen somit samtliche fur die sicherheitstechnische Auslegung von Ruhrwerken relevanten Einflusse auf die strukturdynamische Antwort des Ruhrwerks geltend gemacht werden. Gesamtziel der Arbeit ist eine durch experimentelle Untersuchungen abgesicherte Vorausberechnung der zu vermeidenden Betriebsbereiche verschiedener Ruhrwerke in unterschiedlichen Fluiden und Einspanngeometrie