@phdthesis{Roszak2023, author = {Roszak, Robert}, title = {Fluid structure interaction analysis considering the structural behavior}, doi = {10.26127/BTUOpen-6662}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66629}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {The development of computer technologies allows using numerical simulations in the early stages of aircraft design more and more often. The role of both wind tunnels and initial test flights used to validate of solutions seems to be diminishing. Big systems for three-dimensional simulations of Fluid-Structure Interactions (FSI) constitute highly specialized and costly software. Most of the codes are based on many simplifications. One of them is the assumption of linearity of the structural model being in contradiction with real-life situations. The postdoctoral dissertation presents the results of simulations for complex, multi-scale objects and non-linear structure models and extended structure testing in relation to damage in macroscale analysis. What is crucial for carrying out the assumed analyses is to extend a numerical tool comprising a flow and a structural program and a space grid deformation model for a system allowing to take into consideration the non-linearity of the structure. The point of reference for testing the suggested approaches are the existing solutions of the aeroelastic linear problems. Results of the recent research might be applied for the construction of increasingly common unmanned aerial vehicle (UAV). Modern structure is a key element that affects the basic parameters as mass or range of these vehicles. Until now the research and development of the aeroelastic calculation algorithm for commonly used materials in the framework of linear geometry and linear-elastic material behavior was used. The current developments of materials for light-weight design common use of 3D printing technology causes the increasingly widespread use of new alternative materials in the aviation industry. This is particularly true for the design and construction of UAV, where the basic requirements are the lightness of the structure and the maximum range. Unfortunately, the fulfillment of the above criteria means that the materials used are often loaded not only in a elastic range but also more often above this limit. In case of analyzing aeroelastic phenomena for a loaded structure we should take a closer look at the behavior of the material outside the elastic range in which the damage occurs. The process of destroying in the face of such dangerous phenomena as flutter in aircraft constructions requires a deeper analysis of the mechanics of materials, in particular for new materials and their manufacturing techniques. As part of joint experiments and numerical simulations, detailed research was carried out to describe the behavior of printed materials, which will be increasingly used in the design of aircraft structures. Extending the postdoctoral dissertation with the research carried out at BTU will allow further development of the existing FSI algorithm, taking into account the structural behavior more accurately and the possibility of predicting damage processes.}, subject = {FSI; DMD; Material nonlinearity; Aeroelasticity; Materialnichtlinearit{\"a}t; Aeroelastizit{\"a}t; Dynamic mode decomposition; Fluid-structure interaction; Flugzeugbau; Aeroelastizit{\"a}t; Nichtlineares mathematisches Modell}, language = {en} } @phdthesis{Schob2022, author = {Schob, Daniela}, title = {Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation des Material- und Sch{\"a}digungsverhaltens von 3D gedrucktem Polyamid 12 unter quasistatischer und zyklischer Beanspruchung}, doi = {10.26127/BTUOpen-6216}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62167}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {F{\"u}r Polymerbauteile hat sich in der industriellen Anwendung das pulverbettbasierte selektive Lasersintern etabliert. Durch den schichtweisen Aufbau k{\"o}nnen hochkomplexe Geometrien f{\"u}gestellenfrei gefertigt und Funktionen direkt bei der Fertigung integriert werden. Durch fertigungstechnologische Grenzen sind additiv gefertigte Bauteile jedoch noch nicht auf dem Niveau von konventionell hergestellten und stehen vor der großen Herausforderung als Konstruktionswerkstoff Anwendung zu finden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung eines Berechnungsmodells f{\"u}r additiv gefertigtes Polyamid 12, das das Material- und Sch{\"a}digungsverhalten unter quasistatischen und zyklischen Beanspruchungen abbildet, unter Ber{\"u}cksichtigung der fertigungstechnologischen Gegebenheiten. Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich dabei zun{\"a}chst einer systematischen experimentellen Materialcharakterisierung. Den Grundbaustein daf{\"u}r bildet die Materialklassifizierung in Abh{\"a}ngigkeit der Gleichgewichtszust{\"a}nde, gefolgt von quasistatischen und zyklischen Versuchen. Um Kenntnisse {\"u}ber das Materialgef{\"u}ge zu erlangen, werden die Untersuchungen durch Mikrostrukturanalysen mittels Refraktions- und Computertomographie-Untersuchungen erg{\"a}nzt. Auf dieser Grundlage folgt die ph{\"a}nomenologische Materialmodellierung, mit dem Fokus auf die elastisch-viskoplastische Materialtheorie und der Kopplung mit einem Modell der Sch{\"a}digungsmechanik. Die Basis liefern Modellierungsans{\"a}tze, die bisher zumeist f{\"u}r metallische Werkstoffe Anwendung fanden und in der vorliegenden Arbeit adaptiert und weiterentwickelt werden. Die Umsetzung durch ein Konstitutivmodell umfasst isotrope und kinematische Verfestigung sowie statische und dynamische Erholung. F{\"u}r die Prognose des Sch{\"a}digungsverhaltens werden Porenwachstum, -nukleation sowie Kolaeszenz beachtet. Die Modellparameter werden mittels Sensitivit{\"a}tsanalyse und Optimierung anhand der Versuchsdaten des Polyamid 12 identifiziert und validiert. Die Verifikation des entwickelten Berechnungsmodells mit Versuchen, die nicht f{\"u}r die Parameteridentifizierung verwendet werden, zeigt, dass das reale Material- und Sch{\"a}digungsverhalten von Polyamid 12 mit hoher Genauigkeit abgebildet wird.}, subject = {Additive Fertigungsverfahren; Selektives Lasersintern; Materialmodell; Sch{\"a}digungsmodell; Chaboche; Additive manufacturing; Selective laser sintering; Material model; Polyamid 12; Rapid Prototyping (Fertigung); Selektives Laserstrahlsintern; Damage model; Gurson-Tvergaard-Needleman; Kunststoffpr{\"u}fung}, language = {de} }