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Implementação do método dos elementos finitos e partículas para solução numérica de problemas de interação fluido-estrutura com acoplamento térmico

Processo: 21/10316-1
Modalidade de apoio:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2022
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Civil - Estruturas
Pesquisador responsável:Rodolfo André Kuche Sanches
Beneficiário:Péricles Rafael Pavão Carvalho
Supervisor: Sergio Idelsohn Barg
Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Local de pesquisa: International Centre for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Espanha  
Vinculado à bolsa:18/23957-2 - Análise numérica de efeitos termo-mecânicos em sólidos incluindo mudança de fase e situações de contato, BP.DR
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Interação fluido-estrutura   Mudança de fase   Métodos numéricos
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Fluid-structure interaction | Particle Finite Element Method | phase change | Thermal coupling | Métodos Numéricos

Resumo

O principal objetivo desta proposta é a implementação do Método dos Elementos Finitos e Partículas (MEFP) para a solução numérica de problemas de interação fluido-estrutura com superfície livre e escoamentos incompressíveis, incluindo acoplamento térmico. O método é inovador por unir as vantagens individuais proporcionadas pelo Método dos Elementos Finitos e pelos métodos de partículas, utilizando uma abordagem Lagrangiana, que é vantajosa por eliminar os termos convectivos das equações governantes do fluido. Ao usar uma técnica de remalhamento, o MEFP naturalmente trata problemas com grandes distorções e mudanças topológicas, como quebra de ondas e splashing. Para lidar com a separação e junção de subdomínios, e a recuperação dos contornos em geral, o método usa a técnica do alpha-shape, que remove elementos com distorções excessivas usando um critério geométrico. Essa técnica também é usada para detectar interações fluido-estrutura, por meio de partículas fictícias de fluido inseridas no contorno do sólido. O problema estrutural é resolvido neste trabalho por uma abordagem posicional do Método dos Elementos Finitos, usando a ferramenta computacional não-linear desenvolvida previamente no trabalho de doutorado associado, que inclui acoplamento térmico, modelo termo-viscoelástico-viscoplástico em grandes deformações, e contato. Essa ferramenta também usa uma abordagem Lagrangiana, permitindo uma transferência direta de condições de contorno para o problema de interação fluido-estrutura, e um acoplamento monolítico. (AU)

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