Análise numérica de interação fluido estrutura com malhas sobrepostas

Resumo

Análise numerica de interação fluido estrutura é um campo de estudos desafiador. O escoamento de fluidos é melhor representado na descrição matemática Euleriana, resultando em uma malha fixa, enquanto a dinâmica dos sólidos é muito melhor representada na descrição Lagrangeana. Para se acoplar esses dois meios, há basicamente duas abordagens: Os métodos de malha conforme, nos quais uma descrição Lagrangeana Euleriana arbitrária do fluido ou técnica similar é empregada para permitir a movimentação da malha do fluido e sua adaptação ao contorno da estrutura, e os métodos de malha não conforme, nos quais técnicas de contorno imerso são empregadas para permitir que a estrutura se movimente dentro da malha fixa do fluido. Os métodos de malha conforme são mais adequados para casos em que a estrutura apresente pequena escala de deslocamentos, sendo que são necessárias técnicas de reconstrução da malha se as mudanças na forma da estrutura forem muito grandes, enquanto os métodos de malha não conforme são a melhor escolha para casos com grande escala de deslocamentos. Ambos os métodos de malha conforme e não conforme são limitados. Os métodos de malha conforme são limitados pela escala de deslocamentos, e os de malha não conforme podem apresentar problemas numéricos devido à imposição de condições de contorno imersas além de apresentar dificuldades para se refinar a malha apenas localmente, próximo a estrutura, e de tratar problemas com auto-contato estrutural. Para evitar tais problemas, propõe-se neste projeto combinar uma malha fixa que cubra todo o domínio do fluido e que não seja conforme com a estrutura, com uma malha menor e refinada que seja deformada dinamicamente para se adaptar à forma da estrutura. A malha deformável e a malha fixa são acopladas por uma técnica de multiescala com malhas sobrepostas baseada no método Arlequim de forma que a malha refinada move-se dinamicamente dentro da malha fixa.