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Chain-of-coupled-oscillators approach for modelling and prediction of 3-D stochastic vortex-induced vibrations under turbulent flows

Projektbeschreibung

Vorhersagemodell für wirbelinduzierte Schwingungen mit Auswirkungen auf Bauwerke

Wirbelinduzierte Schwingungen (Vortex-Induced Vibrations, VIV) haben Auswirkungen auf Bauwerke wie Brücken und Windkraftanlagen, da sie Bewegungen verstärken und die Sicherheitsrisiken erhöhen. Vereinfachte Modelle lassen wichtige dynamische Aspekte außer Acht, während fortschrittliche Methoden für den regelmäßigen Einsatz zu kostspielig sind. Mit Unterstützung durch das Marie-Slodowska-Curie-Maßnahmenprogramm wird im Rahmen von Projekt STORM-VIV ein Modellierungsrahmen entwickelt, der VIV als ein miteinander verbundenes System nichtlinearer Oszillatoren darstellt, die zufälligen Störungen ausgesetzt sind. Durch die Kombination von physikalisch fundierter Modellierung, datengestützter Verfeinerung und dynamischer Systemtheorie wird das Projekt ein neues VIV-Modell entwickeln und validieren, Turbulenzeffekte quantifizieren und ein schnelles, offenes Problemlösungsinstrument für Vorhersagen im Maßstab 1:1 bereitstellen. Die Ergebnisse des Projekts werden die Sicherheit und Nachhaltigkeit von Bauwerksentwürfen verbessern und die Ziele für eine nachhaltige Entwicklung unterstützen.

Ziel

Across science and engineering, synchronization emerges when interacting systems in biology, physics, or social dynamics, spontaneously align their dynamics. This project focuses on a critical manifestation of synchronization, vortex-induced vibrations (VIV), occurring when alternating vortices shed from slender structures. In civil engineering it results in continuous and sustained vibrations of bridges, transmission lines, onshore wind turbines supports, tension legs of offshore wind turbines. These vibrations synchronize along the span of a structure, amplify motion, accelerate fatigue, and pose serious safety and maintenance challenges. Addressing this phenomenon is key to building resilient and environmentally responsible infrastructure.
Current design practices rely on simplified models that fail to capture three-dimensional wake dynamics and turbulence-induced randomness, both of which are essential for accurate prediction. High-fidelity computational fluid dynamics and experiments provide detailed insight but are too expensive for routine use.
This project closes this gap by developing a modelling framework that represents VIV as a chain of coupled nonlinear oscillators, subject to stochastic perturbations. The approach combines physics-informed modelling, data-driven refinement, and modern dynamical-systems theory to produce a robust, scalable tool. The research pursues three objectives: (1) develop and validate this new VIV model, (2) quantify turbulence effects through stochastic modelling, and (3) deliver a fast open solver for full-scale prediction.
The outcomes will contribute to safer and more sustainable structural designs. By advancing a tractable yet realistic methodology, the project directly supports the Sustainable Development Goals and the MSCA Green Charter, fostering infrastructure solutions aligned with global sustainability priorities, while contributing methods for broader applications in complex dynamical systems and other disciplines.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Koordinator

UNIVERSITE DE LIEGE
Netto-EU-Beitrag
€ 200 400,00
Adresse
PLACE DU 20 AOUT 7
4000 LIEGE
Belgien
Region
Région de Bruxelles-Capitale/Brussels Hoofdstedelijk Gewest Région de Bruxelles-Capitale/ Brussels Hoofdstedelijk Gewest Arr. de Bruxelles-Capitale/Arr. Brussel-Hoofdstad
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten

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