Formulação em elementos finitos de problemas 3d de interação fluido-estrutura

Resumo

Problemas de Interação Fluido-Estrutura (IFE) são de grande importância para a Engenharia e estão presentes tanto na natureza quanto em obras e máquinas construídas pelo Homem. Fenômenos aeroelásticos, como flutter, dinâmica de corpos flutuantes e simulação de problemas de biomecânica envolvendo escoamento de sangue são apenas alguns exemplos aos quais se aplica a formulação proposta neste projeto. Além disso, pelo fato de grande parte dos problemas de interesse para a engenharia envolver grandes deslocamentos da estrutura e convecção do fluido, a IFE é por natureza um problema fortemente não linear. Neste projeto, propõe-se inicialmente uma formulação estabilizada do método dos elementos finitos (MEF) para solução de problemas de escoamento tridimensional governado pela equação de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis. Por sua vez, o problema estrutural se baseia numa formulação de dinâmica não linear capaz de simular movimentos complexos de estruturas sujeitas a grandes deslocamentos e grandes deformações durante longos intervalos de tempo. Por fim, o problema de IFE é conseguido acoplando-se os dois problemas, fluido e estrutura, utilizando o conceito de fronteiras imersas como alternativa a abordagens ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) clássicas. Na resolução do sistema acoplado, utilizar-se-á um método implícito e alternado (staggered scheme), que possui a vantagem de permitir, facilmente, a implementação de códigos computacionais desenvolvidos para resolver isoladamente o problema fluido e/ou estrutural, permitindo assim o uso de trabalhos anteriores deste autor e do grupo de pesquisa liderado pelo supervisor deste trabalho.