ON THE WAKE STRUCTURES OF FLOW AROUND DEFORMING AND VIBRATING BODIES

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Datorsimuleringar, konsten att modellera verkliga eller tänkta händelser med hjälp av en dator och ett lämpligt simuleringsprogram, har blivit ett dominerande verktyg inom tekniska och naturvetenskapliga områden, likväl inom akademiska och industriella tillämpningar. Trots att experimentella studier har ett vedertaget erkännande inom diverse forskningsstudier har den snabba utvecklingen av datorprestanda, mjukvara och algoritmer gjort att datorsimulering blivit ett vitalt och väletablerat komplement till kostsamma experiment. Vid bruk av datorsimularingar utgår man från en matematisk modell för att beskriva ett fysikaliskt förlopp för att i sin tur kunna studera det fenomen som man är intresserad av. Därefter används varianter av beräkningsmetoder för att kunna genomföra simuleringarna. Fenomenet Fluid-Struktur Interaktion, vilket är forskningsämnet, existerar i en rad tillämpningsområden i praktiken. Luftpartiklars strömning kring en flexibel fl ygplansvinge eller hängbro samt vattenpartiklars passage kring havsplattformar och/eller propellrar till havsfartyg är några utav många exempel där en direkt/indirekt interaktion mellan föremålen i fråga och mediet i sig kan klassiceras under kategorin Fluid-Struktur Interaktion; FSI. Denna interaktion (mellan fluid och struktur) kan under stränga förhållanden leda till oönskade händelser såsom falering av en fl ygplansvinge, kollaps av en bro samt/eller häftiga vibrationer av t.ex. borrnings-rör som är fast förankrade till oljeplattformar. Syftet med denna forskningsstudie är att kunna reda ut och prediktera de fysikaliska mekanismer som ligger till grund och kan ge upphov till ovan nämnda oangelägenheter. Detta har undersökts genom att studera hur karaktären på rörelsen och/eller deformationen hos strukturen förhåller sig till dynamiken i dess vak, vilken representeras av kvantiteter som flödeshastighet och tryck. Målet är bland annat att på en erforderlig nivå kunna beskriva och förklara kopplingen mellan varierande fasförhållanden som typiskt karaktäriserar dynamiken hos strukturen och dess korresponderande (tidsberoende) vak. Dessa mål ställer dock höga krav på precission och effektivitet hos tillgängliga beräkningsmetoder samt de metoder som är under utveckling. I synnerhet behöver metoderna kunna hantera väldigt stora system på grund av höga krav på upplösning i simuleringarna och dessutom behöver de ha någon form av felkontroll för att säkerställa noggrannheten i simuleringarna. I denna avhandling har två objekt av olika geometri och uppsättning använts för att studera interaktionen mellan fluid och struktur, nämligen en elastiskt upphängd stel cirkulär cylinder och en flexibel rektangulär balk med ett kvadratiskt tvärsnitt som är fast inspänd i den ena änden och fri i den andra. Den stela cirkulära cylindern har brukats i ett renodlat studiesyfte och resultaten har analyserats med utgångspunkt från tidigare utförda studier. Arbetet för den fast inspända balken, å andra sidan, omfattade dels utveckling av en beräkningseffektiv metod, genom att fördela beräkningsarbetet jämbördigt i delproblem mellan fl ertal datorer, och dels en studie kring metodens styrka och dess begränsningar.