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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-1817-663X
Tipo do documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Modelagem matemática e computacional de interação fluido-estrutura com elementos de casca curvilíneos tridimensionais
Título(s) alternativo(s): Mathematical and computational modeling of fluid-structure interaction with three-dimensional curved shell elements
Autor(es): Ávila, Ítalo Augusto Magalhães de
Primeiro orientador: Silveira Neto, Aristeu da
Primeiro membro da banca: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
Segundo membro da banca: Vedovotto, João Marcelo
Terceiro membro da banca: Cavalieri, André Valdetaro Gomes
Resumo: Problemas de interação fluido-estrutura são aqueles em que a dinâmica de ambos, fluido e estrutura, está acoplada. Estes problemas são caracterizados pelas condições do escoamento e pelas propriedades físicas e geométricas estruturais. Numerosos são os fenômenos e processos naturais e industriais que envolvem interações fluido-estruturais e, dependendo das aplicações, seus efeitos devem ser explorados ou minimizados. Avanços tecnológicos nos ramos da engenharia civil, mecânica, naval, aeronáutica, aeroespacial e nuclear requerem a confecção de estruturas cada vez mais leves e esbeltas, mais suscetíveis aos efeitos do meio fluido com o qual interagem. Consequentemente, crescente é o interesse em ferramentas de estudo e análise nessa temática. A modelagem teórico-computacional dessa classe de problemas se faz possível através da junção da mecânica dos fluidos e da mecânica dos sólidos e estruturas. No presente trabalho, apresenta-se a implementação da modelagem matemática-computacional de elementos de casca curvilíneos tridimensionais ao MFSim, código desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). No referido código as equações com as quais se modelam as transformações e transferências de energia do subsistema fluido são resolvidas em um domínio tridimensional euleriano fixo com o Método dos Volumes Finitos. As equações para a modelagem dos deslocamentos e das velocidades das estruturas são resolvidas em um domínio lagrangeano com o Método dos Elementos Finitos. Emprega-se a Metodologia da Fronteira Imersa, que permite tratar os domínios de formas distintas. As soluções são acopladas de acordo com a metodologia de acoplamento particionado. Simulações são conduzidas com o fim de validar o modelo computacional desenvolvido e os resultados obtidos estão em concordância com aqueles encontrados na literatura.
Abstract: Fluid-structure interaction problems are those in which the dynamics of both, fluid and structure, are coupled. These problems are characterized by the flow conditions and by the structure's physical and geometrical properties. There are numerous natural and industrial phenomena and processes that involve fluid-structure interactions and, depending on the applications, its effects must be explored or minimized. Technological and technical breakthroughs in the fields of civil, mechanical, naval, aeronautic and nuclear engineering require the construction of increasingly lighter and slender structures, more susceptible to the effects of the fluid medium with which they interact. Consequently, there is a growing interest in tools for studying and analysing problems of this nature. The present work presents the implementation of the mathematical-computational modeling of three-dimensional curved shell elements in MFSim, a software developed by the Fluid Mechanics Laboratory (MFLab) of the Federal University of Uberlândia (UFU). In this software, the equations used to model the dynamics of the fluid subsystem are solved in a fixed three-dimensional Eulerian domain with the Finite Volume Method. The equations used to model the dynamics of solid structures are solved in a Lagrangian domain with the Finite Element Method. The Immersed Boundary Methodology, which allows the use of different mathematical methods for fluid and solid subsystems, is also used. The solutions are coupled using the partitioned coupling methodology. Simulations are conducted in order to validate the developed computational model and the results are in accordance with those available in the literature.
Palavras-chave: Mecânica dos Fluidos Computacional
Interação Fluido-Estrutura
Elementos de Casca Curvilíneos Tridimensionais
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Referência: ÁVILA, Ítalo Augusto Magalhães de. Modelagem matemática e computacional de interação fluido-estrutura com elementos de casca curvilíneos tridimensionais. 2021. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5563.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5563
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32620
Data de defesa: 30-Jul-2021
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