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0043-B-Frequenzen von schwappendem Wasser

Das Beispiel wurde von

Dr.-Ing. Casimir Katz

ausgearbeitet und am 14.03.2024 auf

veröffentlicht. Sie finden es unter https://evadat.com/de/bsp/0043/.

Aktuell befindet es sich in Bearbeitung.

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Ausgearbeitet von Dr.-Ing. Casimir Katz
Veröffentlicht am: 14.03.2024 | Qualifiziert am: -
B0Klassifikation
  • KlasseB · Numerisches Verifikationsbeispiel
  • TragwerkstypFlächentragwerk-Scheibe
  • MechanikDynamik
  • Materialgesetzsonstige Materialgesetze
  • Baustoffallgemein
  • Nachweisformatdynamischer Nachweis
B1Problembeschreibung
Originalfassung

A fluid with a free surface in a tank may move during an earthquake or other dynamic loading with certain frequencies. There are many possibilities to model this behaviour: From discrete particles, viscous fluids or just based on potential theory.

For the latter case a solution with classical FE-Software might be obtainable using the Lagrangian model of fluids.

The analytical reference solution for this 2D problem has been taken from [1].

A rectangular water tank with a width of L = 5.080 m and a water level of D = 1.905 m (L/D=8/3) is considered.  Plain strain conditions have to be applied.

The assumed material constants of water are: a density of 1000 kg/m³ and a bulk modulus of 2000 N/m². Thus the Poisson ratio is 0.5 while the elasticity and shear modulus will vanish. A numerical solution will require to select material parameters close to these values triggering numerical problems with the so called "incompressibility". (Locking, spurious Escher-Modes etc.)

The boundary conditions are sliding support at the walls. The free surface requires a boundary condition with a stiffness of 10 kN/m² to simulate the pressure change if the water level is changing.

W7HJ_PO6H.jpg

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B5Referenzen
  1. [1] Meskouris, K.: Baudynamik: Modelle Methoden Praxisbeispiele. Ernst & Sohn. 1999. ISBN ‎ 3433013268.
  2. [2] O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, J.Z. Zhu: Finite Element Methods Vol. 1: Basis & Fundamentals. Elsevier. 2000. ISBN 0 7506 6320 0.
Bearbeiter
Dr.-Ing. Casimir Katz SOFiSTiK AG (Garching, Deutschland)
–
Ersteller
Dr.-Ing. Casimir Katz SOFiSTiK AG (Garching, Deutschland)
SOFiSTiK FEA (2024) SOFiSTiK AG
Bearbeiter 1
Dr.-Ing. Casimir Katz Ersteller, Bearbeiter 1

SOFiSTiK AG (Garching, Deutschland)

Verwendete Software: SOFiSTiK FEA (2024) SOFiSTiK AG