INTERAÇÃO FLUIDO-CASCA COM ESCOAMENTOS INCOMPRESSÍVEIS UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS POSICIONAL
Jeferson Wilian Dossa Fernandes1; Rodolfo André Kuche Sanches1
1 Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0421
Resumo
Dentre os problemas de interação fluido-estrutura encontrados na engenharia, grande parte compreendem escoamentos incompressíveis, desde a ação de vento sobre edifícios, ação das marés sobre estruturas offshore e até mesmo em escoamentos cardiovasculares. O tratamento matemático do problema, no entanto, possui grande complexidade, envolvendo três diferentes áreas do conhecimento: a dinâmica das estruturas computacional, a dinâmica dos fluidos computacional, e o problema de acoplamento. No caso da dinâmica das estruturas, é importante que a formulação empregada compreenda os efeitos de não linearidade geométrica, muitas vezes manifestados nos problemas de IFE. Quanto à dinâmica dos fluidos computacional, ao considerar o escoamento incompressível, deve-se atentar à condição de Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi (LBB) e, bem como tratar problemas de variações espúrias devidas aos casos de convecção dominante. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um código computacional para análise de interação fluido incompressível vs. estruturas de casca. A casca é descrita na forma Lagrangeana total, sendo empregada uma abordagem do método dos elementos finitos (MEF) baseada em posições sem interpolação das rotações como graus de liberdade, o que evita a necessidade de aproximações de grandes rotações, garantindo matriz de massa constante e permitindo assim o uso do integrador de Newmark de forma estável mesmo para problemas com grandes deslocamentos. O escoamento é considerado incompressível e isotérmico, sendo o modelo constitutivo do fluido Newtoniano. Para tanto, é empregado um elemento finito isoparamétrico misto de alta ordem, respeitando a condição LBB e com a aplicação de um método estabilizado para a obtenção da formulação: o Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG). De modo a respeitar as variações geométricas dos domínios, o fluido é descrito na forma Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE) e emprega-se um modelo particionado de acoplamento do tipo Dirichlet-Neumann. O código resultante é testado por meio de exemp
Palavras-chave: Interação Fluido-Casca; Escoamento Incompressível; Descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária; Acoplamento Particionado