Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods. (2020)
- Authors:
- Autor USP: AMARO JUNIOR, RUBENS AUGUSTO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PCC
- Subjects: MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Esta tese é dedicada ao desenvolvimento de modelos computacionais eficientes e baseados nos métodos de partículas sem malha para o complexo fenômeno de interação fluido-estrutura (IFS) em escoamentos com presença de superfície livre considerando as abordagens incompressíveis e fracamente compressíveis. As principais contribuições desta tese podem ser resumidas em três partes distintas: I. Proposta de uma nova abordagem do ponto de vista da conservação da quantidade de movimento relativa às colisões no nível de partículas, obtendo novos termos fonte para equação de Poisson para a pressão (EPP) no método de partículas moving particle semiimplicit (MPS). Os novos termos fonte dependem diretamente da resolução espacial e são independentes do passo de tempo, ou seja, resultam no cálculo consistente no tempo da pressão. A eficiência da abordagem proposta, denominada time-scale correction of particle-level impulses (TCPI), é demonstrada através de simulações de problemas hidrostáticos e hidrodinâmicos. II. Um modelo numérico de contato entre sólidos que adota o método das penalidades, usando um modelo não linear de mola-amortecedor, é proposto para o MPS incompressível. Visando eliminar algumas anomalias geométricas, como a modelagem não suave de um plano que pode ser induzida pelo uso de partículas para representar as faces dos corpos rígidos, é proposta uma abordagem baseada nas faces dos corpos e na força de contato calculada levando-se em conta os vetores normais de paredes sólidas. As melhorias na estabilidade e precisão numéricas são investigadas através de vários problemas envolvendo escoamentos com presença de superfície livre interagindo com múltiplos corpos rígidos. III. Desenvolvimento de um modelo 3D acoplado de partícula-malha. O método de partículas weakly-compressible moving particle semi-implicit(WC-MPS) é aprimorado e utilizado nos escoamentos com superfície livre e acoplado a um modelo de casca geometricamente exato para simular a dinâmica estrutural não linear. Além de aprimoramentos na estabilidade e precisão do WC-MPS, uma força estável e repulsiva de Lennard-Jones, operadores discretos de divergente com modificações apropriadas e uma técnica simples para evitar a interação errônea entre partículas posicionadas em lados opostos das paredes finas são introduzidos no modelo explicitly represented polygon (ERP) wall boundary. Simulações envolvendo hidroelasticidade são realizadas para verificar a robustez e precisão do modelo acoplado.
- Imprenta:
- Data da defesa: 16.11.2020
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ABNT
AMARO JUNIOR, Rubens Augusto. Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods. 2020. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2020. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-04032021-104208/. Acesso em: 24 fev. 2026. -
APA
Amaro Junior, R. A. (2020). Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods. (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-04032021-104208/ -
NLM
Amaro Junior RA. Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods. [Internet]. 2020 ;[citado 2026 fev. 24 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-04032021-104208/ -
Vancouver
Amaro Junior RA. Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods. [Internet]. 2020 ;[citado 2026 fev. 24 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-04032021-104208/ - Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS)
- A Comparison Between Weakly-Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH) and Moving Particle Semi-Implicit (MPS) Methods for 3D Dam-Break Flows
- Improving stability of moving particle semi-implicit method by source terms based on time-scale correction of particle-level impulses
- Border mapping multi-resolution (BMMR) technique for incompressible projection-based particle methods
- Three-dimensional weakly compressible moving particle simulation coupled with geometrically nonlinear shell for hydro-elastic free-surface flows
- Um modelo de contato sólido-sólido para o método de partículas moving particle simulation
- Estudo numérico da hidrodinâmica de anteparas inclinadas e perfuradas para a proteção do impacto de ondas
- A numerical modeling of wave-inclined slats interaction for particle methods
- Numerical Study on Performance of Perforated Breakwater for Green Water
- An improvement of rigid bodies contact for particle-based non-smooth walls modeling
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