Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29922
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Geração e otimização de malhas estruturadas sobre domínios bidimensionais arbitrários
Alternate title (s): Generation and optimization of structured meshes over arbitrary two-dimensional domains
Author: Pivello, Márcio Ricardo
First Advisor: Ribeiro, Carlos Roberto
First member of the Committee: Silva, João Batista Campos
Second member of the Committee: Silveira Neto, Aristeu da
Summary: Este trabalho apresenta uma metodologia para geração e otimização de malhas estruturadas sobre domínios bidimensionais arbitrários. O método consiste em dividir o domínio em áreas ou subdomínios quadrilaterais e discretizá-los individualmente para depois conectar a malha entre áreas vizinhas. Uma formulação paramétrica da interpolação por spline cúbica foi empregada tanto na caracterização do domínio como na aplicação das condições de contorno, e a geração da malha foi feita através de um sistema acoplado de equações elípticas de Laplace. O processo de otimização consiste em realocar os nós de fronteira de modo a se obter elementos quadrados, tendo como variáveis de projeto as coordenadas paramétricas destes nós. Estas servem como condições de contorno de Dirichlet para o sistema gerador de malhas, que realocará os nós internos ao domínio. Para garantir a continuidade da malha, impõe-se o mesmo conjunto de condições de contorno a faces comuns a áreas adjacentes. Quando a forma dos subdomínios não deve ser modificada, aplicam-se condições de Dirichlet. Quando permite-se esta alteração, condições de Neumann são usadas para garantir uma transição mais suave da malha entre os subdomínios adjacentes e melhor adaptada ao domínio. Esta opção mostrou-se particularmente interessante quando aplicada a geometrias típicas de CFD, possibilitando a concentração da malha em certas regiões, e mantendo ainda as propriedades de malha estruturada. Foram testados dois métodos de busca, um por Algoritmos Genéticos e outro por gradiente, sendo que somente este último mostrou-se viável do ponto de vista do custo computacional. Os resultados confirmam a rapidez do método, permitindo que seja empregado em problemas que exigem remalhagem durante o processo iterativo.
Abstract: The aim of this work is to develop an algorithm for optimizing structured meshes generated over generic two dimensional domains, by splitting complex shapes into a collection of quadrilateral sub domains, which are then meshed by a Laplacian elliptic mesh generator, and the mesh smoothness between adjacent areas is imposed later. A parametric formulation for cubic spline interpolation is used both to define the domain and apply the boundary conditions. In order to get square elements, a nodaí repositioning algorithm is used, and two search methods are tested: a genetic algorithm and a gradient based method. The algorithm reallocates the boundary nodes and uses their parametric coordinates as Dirichlet boundary conditions to solve the Laplacian generator system and update the interior nodes coordinates. To get a continuous mesh between adjacent areas, the user gives the same boundary conditions to the nodes located on the common boundaries. If the original geometry of the areas is important to the problem, and must remain unchanged, Dirichlet conditions are applied. Otherwise, the shape of the subdomains is changed so that a smoother mesh is obtained. To ensure this smoothness, Neumann conditions are aplied to the modified boundaries. This method has shown very interesting results when applied to domains that are often found in CFD problems. Because of the large number of design variables, the genetic algorithm had a poor time performance, and could be applied only to simple quadrilateral domains. On the other hand, the gradient based method proved to be fast enough to be applied to problem where remeshing during the iterative process is necessary. The results also show that this method may be adapted to work as a shape optimization algorithm.
Keywords: Malhas estruturadas
Otimização
Domínios bidimensionais arbitrários
Structured meshes
Optimization
General shape two dimensional domains
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Subject: Malhas estruturadas
Dirichlet, Problemas de
Método dos elementos finitos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: PIVELLO, Márcio Ricardo. Geração e otimização de malhas estruturadas sobre domínios bidimensionais arbitrários. 2001. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2001.61
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2001.61
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29922
Date of defense: 2001
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