Técnica de movimentação e suavização de malha baseada na teoria da elasticidade linear aplicada ao acoplamento fluido-estrutura

A mesh movement strategy based on linear elasticity for fluid-structure coupled problems

Abstract

Problemas acoplados fluido-estrutura são de grande interesse na indústria, como aeronáutica, naval, petrolífera etc. Neste tipo de fenômenos ocorrem interações entre diferentes físicas, portanto, não podem ser analisados ​​separadamente. O grande desafio na análise de problemas envolvendo FSI é o fato de que a malha computacional que discretiza o domínio do fluido, sofre grandes deformações causadas por deslocamentos e/ou deformações estruturais. Uma discretização arbitrária Lagrangeana-Euleriana é utilizada, considerando a malha computacional como um campo físico. Além disso, é necessário um tratamento adequado para que a malha computacional absorva esses movimentos, evitando deformações excessivas. Neste trabalho, é analisada uma técnica de movimentação e suavização de malhas, onde cada elemento da malha pode ser considerado como uma estrutura deformável, com o módulo de Young local definido em função do comprimento característico do elemento. Além disso, foi implementada uma técnica de troca de arestas, que associada a uma técnica de movimentação de malhas permite grandes deslocamentos estruturais. Aqui o fluido é incompressível e a estrutura é um corpo rígido. O estudo dos parâmetros foi realizado, considerando a rigidez dos elementos, para que possam ocorrer grandes deslocamentos da estrutura sem deformação excessiva da malha e diminuição da qualidade dos elementos. Os resultados da validação foram obtidos.