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7th GACM Colloquium on Computational Mechanics for Young Scientists from Academia and Industry : proceedings ; a conference under the auspice of the German Association for Computational Mechanics (GACM) ; 11 - 13 October 2017, Stuttgart, Germany
(Stuttgart : Institute for Structural Mechanics, University of Stuttgart, 2017) Scheven, Malte von; Keip, Marc-André; Karajan, Nils
This book contains papers presented at the 7th GACM Colloquium on Computational Mechanics for Young Scientists from Academia and Industry (GACM 2017), which was held 11-13 October 2017 at the University of Stuttgart, Germany. The colloquium is hosted by the Institute for Structural Mechanics and the Institute of Applied Mechanics of the University of Stuttgart in collaboration with DYNAmore GmbH. The objective of GACM 2017 is to bring together young scientists who are engaged in academic and industrial research on Computational Mechanics and Computer Methods in Applied Sciences. It provides a platform to present and discuss recent results from research efforts and industrial applications. In more than 200 presentations by young scientists in 18 mini-symposia devoted to specific scientific areas and thematically arranged contributed sessions, current scientific developments and advances in engineering practice in this field are presented and discussed. The contributions from young researchers are supplemented by plenary lectures from three senior scientists from academia and industry as well as from the GACM Best PhD Award winners 2015 and 2016.
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Berichte der Fachtagung Baustatik - Baupraxis 14 : 23. und 24. März 2020, Universität Stuttgart
(Stuttgart : Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart, 2020) Bischoff, Manfred; Scheven, Malte von; Oesterle, Bastian
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Effiziente Algorithmen für die Fluid-Struktur-Wechselwirkung
(2009) Scheven, Malte von; Ramm, Ekkehard (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)
Gekoppelte Problemstellungen, zu denen auch die Fluid-Struktur-Wechselwirkung zählt, treten in vielen Bereichen des Ingenieurwesens auf. Sie zeichnen sich bei der Lösung häufig durch eine hohe Komplexität aus. Besonders bei dreidimensionalen Fragestellungen resultiert dies in sehr langen Rechenzeiten. In dieser Arbeit wird die partitionierte Lösung von Wechselwirkungs-Problemen zwischen dünnen Strukturen und inkompressiblen Fluiden betrachtet. Die Struktur wird dabei mit den Gleichungen der nichtlinearen Elastodynamik und das Fluid mit den inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Für die partitionierte Lösung werden die beiden Felder einzeln mithilfe der Finite-Element-Methode im Raum und mittels Differenzenverfahren in der Zeit diskretisiert. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung effizienter Verfahren zur Lösung komplexer, dreidimensionaler Fragestellungen. Dabei werden zunächst die Einzelfelder betrachtet und im Anschluss daran das gekoppelte Problem. Zur Vernetzung von großen Gebieten wird ein zweistufiges Verfahren vorgestellt, bei dem unter Berücksichtigung der exakten Geometrie ein grobes Netz aus dem Präprozessor auf dem Hochleistungsrechner verfeinert wird. Bei der Berechnung der Elementmatrizen eines Finite-Element-Programms für unstrukturierte Netze können auf einem Vektorrechner durch eine Gruppierung der Elemente und Umstrukturierung des Programmcodes die Vorteile des Prozessors genutzt und die Rechenzeit erheblich verkürzt werden. Auch bei der Lösung der linearen Gleichungssysteme kann durch die Wahl des Iterationsverfahrens und Vorkonditionierers viel Rechenzeit eingespart werden. Der Einfluss verschiedener Parameter auf die Effizienz des Lösers wird für eine reine Fluid-Simulation untersucht. Bei der partitionierten Behandlung der Wechselwirkung von inkompressiblen Fluiden mit dünnen Strukturen sind in der Regel implizite, d.h. iterativ gestaffelte Kopplungsverfahren erforderlich. Insbesondere bei einer starken Kopplung der beiden Felder führt dies aufgrund der zusätzlichen Iteration zu sehr langen Rechenzeiten. In dieser Arbeit werden zunächst die gebräuchlichsten iterativ gestaffelten Kopplungsverfahren in einer einheitlichen Darstellung vorgestellt. Durch Verwendung der Lösung des gekoppelten Problems auf einer gröberen Diskretisierung wird die Kopplungsiteration beschleunigt. Abschließend werden diese Zwei-Level-Verfahren für verschieden stark gekoppelte Beispiele mit anderen iterativ gestaffelten Methoden verglichen. Abschließend werden mit numerischen Beispielen der Kopplung von dünnen Schalenstrukturen mit dreidimensionalen Strömungen Anwendungsmöglichkeiten der vorgestellten effizienten Algorithmen aufgezeigt.
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Motion design with efficient actuator placement for adaptive structures that perform large deformations
(2021) Sachse, Renate; Geiger, Florian; Scheven, Malte von; Bischoff, Manfred
Adaptive structures have great potential to meet the growing demand for energy efficiency in buildings and engineering structures. While some structures adapt to varying loads by a small change in geometry, others need to perform an extensive change of shape to meet varying demands during service. In the latter case, it is important to predict suitable deformation paths that minimize control effort. This study is based on an existing motion design method to control a structure between two given geometric configurations through a deformation path that is optimal with respect to a measure of control efficiency. The motion design method is extended in this work with optimization procedures to obtain an optimal actuation system placement in order to control the structure using a predefined number of actuators. The actuation system might comprise internal or external actuators. The internal actuators are assumed to replace some of the elements of the structure. The external actuators are modeled as point forces that are applied to the structure nodes. Numerical examples are presented to show the potential for application of the motion design method to non-load-bearing structures.