A Reduced Order Model for the Dynamics of Long Flexible Cylinders in an offshore environment

In dieser Dissertationsschrift wird die Entwicklung eines reduzierten Modells (Reduced Order Model) zur Analyse von langen, flexiblen Zylindern im Hochseebereich vorgeschlagen. Der besondere Fokus liegt auf der Modellierung der durch Wirbel hervorgerufenen Vibrationen, und das Ziel ist die Entwicklung eines Modells, das in der Lage ist, sowohl Schwingungen in Richtung der Strömung als auch quer dazu abzubilden. Das reduzierte Modell wird identifiziert mit den Ergebnissen eines hochgenauen Lösers, der durch die Kopplung eines Finite Elemente-Lösers mit einem Finiten Volumen-Lösers entwickelt wurde. Die hochgenaue Analyse wird auf einem beschränkten Gebiet durchgeführt, welches einen kleinen Abschnitt eines langen Zylinders repräsentiert, der dennoch flexibel ist. Dem Zylinderabschnitt wird an den Enden eine Bewegung aufgezwungen, die der erwarteten Bewegung in der echten Größenordnung entspricht, und die Ergebnisse werden zur Systemparameteridentifizierung des reduzierten Modells genutzt. Verschiedene reduzierte Modelle werden analysiert und ihre Resultate verglichen und diskutiert. Das reduzierte Modell wird durch eine System- und eine Parameteridentifizierung bestimmt. Das schließlich vorgeschlagene Modell besteht aus der Kombination eines erzwungenen van der Pol-Oszillators, womit die Querstromkräfte modelliert werden, und einem linearen Zustandsraummodell, um die Kräfte in Strömungsrichtung zu modellieren. Das so entwickelte Modell wird auf ein flexibles Modell für die echte Größenordnung angewendet, und die Ergebnisse werden mit Experimenten in einem Schlepptank validiert. Schließlich wird die Parameteridentifizierung mit Hauptaugenmerk auf des van der Pol-Modell in probabilistischer Formulierung durchgeführt. Im Speziellen wird die Anwendbarkeit des Ensemble Kalman Filters zur Parameterschätzung des van der Pol-Oszillators diskutiert und analysiert.