Kossel_studienarbeit.pdf 1.4 MB - Institut für Strömungsmechanik ...

Für numerische Berechnungen wird ein FE-Modell benötigt, das anhand der aus
Schwingungsanalysen bekannten Eigenfrequenzen des Zylinders in Luft bzw. in
Wasser validiert werden soll. Die erste Eigenfrequenz in Luft wurde zu 10,37 Hz
bestimmt, die Schwingungsanalyse in Wasser ergab Peaks bei 7,92 Hz und 8,42 Hz.
4.1 Modellansätze mit Volleinspannung
Verschiedene Modellansätze werden in ANSYS mit BEAM4-Elementen erzeugt. Um
die Modelle später in WaveLoads nutzen zu können, werden sie als WaveLoads-
Strukturdatei erstellt und dann automatisch als ANSYS-Eingabedatei generiert.
Abb. 4.3 zeigt die FE-Modelle. Modell a) besteht aus einem durchgehenden, oben
eingespannten Stab. Modell b) wurde um eine 2 cm dicke Fußplatte mit mittigem
L och von 10 cm Durchmesser erweitert, die aus BEAM4-Elementen mit einer
Wandstärke von 11,2 cm besteht. In Modell c) wurde der Flansch im oberen Teil
durch eine ebensolche Platte dargestellt. In Modell d) und e) ist der Pfahl erst vom
Flansch abwärts modelliert, Modell d) ohne und Modell e) mit Fußplatte. Durch eine
Modalanalyse werden die Eigenfrequenzen berechnet.
a) b) c)
d) e)
f trocken 13,12 Hz 11,91 Hz 11,97 Hz 16,19 Hz 14,56 Hz
Abb. 4.3: FE-Modelle und ihre Eigenfrequenzen
Für die Schwingungsanalyse am teilgetauchten, wassergefüllten Pfahl wird die
Dichte des Stabes um die volumenbezogene Dichte des eingeschlossenen Wassers
erweitert (Abb. 4.4). Es werden zwei Fälle untersucht. Zunächst wird nur das im Pfahl
befindliche Wasser angesetzt (C 52 kg/m 3 M = 1), was zu ρ ges,1 = 185 führt. Die
Annahme, dass die hydrodynamische Wassermasse gleich der verdrängeten
Wassermasse ist (C M = 2), führt zu ρ ges,2 = 29255 kg/m 3 .
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