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
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2022
• Área de 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
• Instituição Anfitriã: 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)