Análise de interação fluido-estrutura com uso de elemento finito de barra geral 3D em formulação posicional

Resumo

O presente projeto propõe investigar a simulação de problemas de interação fluido-estrutura empregando um elemento finito de barra geral 3D. Para esse propósito, códigos computacionais já desenvolvidos no grupo de pesquisas no qual esse projeto está inserido serão aproveitados como base. Nesse projeto os problemas a serem estudados envolvem basicamente 3 diferentes assuntos: a dinâmica dos fluidos computacional (CFD), a dinâmica das Estruturas computacional (CSD) e o problema de acoplamento (CP). Muitas estruturas, tais como pontes, asas de aeronaves entre outros, possuem uma dimensão muito maior que as demais, podendo ser representadas por estruturas de barra geral 3D, com a necessidade de menos graus de liberdade para representar a cinemática estrutural, minimizando assim os custos computacionais. O elemento adotado leva em conta flexão, torção e efeitos das cargas axiais, levando em consideração inclusive os efeitos de empenamento para qualquer seção transversal. A formulação baseada em posições e vetores generalizados permite a simulação de problemas com grandes deslocamentos sem a necessidade de se trabalhar com aproximações de rotações finitas, sendo muito robusta. Uma vez que tal elemento consiste de uma única linha mais a discretização da seção transversal, uma malha de contorno deve ser gerada e acoplada ao elemento de barra de forma a possibilitar o acoplamento. Sobre essa malha as forças de superfície extraídas da pressão e das tensões de cisalhamento do fluido são multiplicadas pelas funções de forma do elemento de barra e integradas de forma a gerar forças nodais equivalentes ao efeito do fluido sobre a barra. No que se refere à dinâmica dos fluidos computacional, emprega-se uma formulação baseada em elementos finitos, explícita para escoamento compressível e implícita para escoamento incompressível, a qual leva em conta o movimento da estrutura através do emprego da descrição Lagrangeana Euleriana Arbitrária com um algoritimo de adaptação da malha. (AU)