Análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura com vorticidade (2024)
- Authors:
- Autor USP: YOKOMIZO, MATHEUS HAUBERT - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SET
- DOI: 10.11606/D.18.2024.tde-23072024-150847
- Subjects: INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA; ANÁLISE NUMÉRICA; ESCOAMENTO; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
- Keywords: Escoamento turbulento.
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: Os problemas de interação fluido-estrutura estão amplamente presentes na engenharia e devem ser adequadamente considerados durante o projeto estrutural, no entanto, apresentam diversos desafios à simulação computacional. Com o objetivo principal de desenvolver e avaliar metodologias para lidar com esses desafios, este trabalho apresenta um estudo sobre ferramentas computacionais para simulação numérica de problemas de interação fluido-estrutura (IFE) com foco em escoamentos incompressíveis com efeitos de vorticidade e turbulência interagindo com estruturas elásticas sujeitas a grandes deslocamentos. Primeiramente, explora-se uma formulação do Método dos Elementos Finitos (MEF) para escoamentos incompressíveis com estabilização dos termos convectivos (SUPG) e da pressão (PSPG), empregando a descrição LagrangianaEuleriana arbitrária (ALE) para permitir a movimentação da interface fluido-estrutura. Na sequência, implementa-se a formulação variacional multiescala (VMS) e o modelo Large Eddy Simulation (LES) para capturar os efeitos de turbulência, buscando simulações mais realistas e eficientes. As estruturas são modeladas por elementos de casca de Reissner-Mindlin, permitindo a simulação de diversos problemas com estruturas esbeltas ou espessas. Emprega-se uma formulação do MEF baseada em posições, a qual naturalmente engloba os efeitos da não linearidade geométrica. A malha do fluido é deformada dinamicamente empregando-se um modelo baseado na equação de Laplace, de modo apermitir a conformidade com a interface fluido-estrutura preservando a qualidade da malha. O acoplamento fluido-estrutura é realizado de forma particionada forte, permitindo a solução do problema não linear acoplado de forma bloco-iterativa e conferindo modularidade ao código computacional. Os resultados obtidos foram comparados com resultados da literatura, demonstrando a eficácia e a aplicabilidade das metodologias estudadas no contexto da engenharia estrutural e fluidodinâmica. Nota-se que o emprego do VMS melhora ligeiramente os resultados em comparação com a simulação direta empregado SUPG/PSPG. Já a aplicação do LES melhora significativamente a qualidade dos resultados, principalmente em problemas com número de Reynolds elevados, permitindo a obtenção de solução estável mesmo com uma discretização menos refinada na região de maiores gradientes de velocidade
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- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
- Data da defesa: 15.05.2024
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
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ABNT
YOKOMIZO, Matheus Haubert. Análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura com vorticidade. 2024. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-23072024-150847/. Acesso em: 07 nov. 2024. -
APA
Yokomizo, M. H. (2024). Análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura com vorticidade (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-23072024-150847/ -
NLM
Yokomizo MH. Análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura com vorticidade [Internet]. 2024 ;[citado 2024 nov. 07 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-23072024-150847/ -
Vancouver
Yokomizo MH. Análise numérica de problemas de interação fluido-estrutura com vorticidade [Internet]. 2024 ;[citado 2024 nov. 07 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-23072024-150847/
Informações sobre o DOI: 10.11606/D.18.2024.tde-23072024-150847 (Fonte: oaDOI API)
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