SIMULAÇÃO DE INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM DUTOS COM ESCOAMENTO INTERNO UTILIZANDO SOFTWARE LIVRE

Autores

  • Flávio Marcilio de Oliveira UFMG
  • Rudolf Huebner UFMG
  • Marcelo Greco UFMG

DOI:

https://doi.org/10.26512/ripe.v2i35.21412

Palavras-chave:

Interação fluido-estrutura. Não linearidades geométricas. Formulação ALE. Dinâmica estrutural. Dinâmica dos fluidos.

Resumo

Neste artigo será apresentado o desenvolvimento numérico para análise de sistemas de tubulações com escoamento interno incluindo os efeitos da interação fluido-estrutura (FSI) por meio da técnica particionada. O Método dos Volumes Finitos (MVF) é empregado para o escoamento, no qual o fluido será considerado incompressível. Será adotada uma formulação Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE) para descrever o movimento da interface fluido-estrutura. O Método dos Elementos Finitos (MEF) é empregado para a tubulação, considerando os efeitos das não linearidades geométricas. O problema será considerado com um acoplamento forte, sendo utilizada uma abordagem de solução bidirecional, na qual o equilíbrio é considerado na posição deformada. A simulação será realizada com o auxílio de pacotes computacionais livres e com código aberto. Para a análise do escoamento será empregado o software Code_Saturne, que é baseado no MVF e apresenta em seu ambiente a formulação ALE implementada. Para a análise da estrutura será empregado o software Code_Aster, baseado no MEF. O acoplamento entre os dois softwares será feito por meio de uma programação em linguagem Python. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da metodologia adotada.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Referências

Au-Yang, M.K. & Galford, J.E., 1982. Fluid-structure interaction ”“ A survey with emphasis

on its application to nuclear steam system design. Nuclear Engineering and Design, v. 70, p.

”“399.

Bathe, K.J., 1996. Finite Element Procedures. New Jersey: Prentice-Hall.

Dym, C.L. & Shames, I.H., 1973. Solid Mechanics: A variational Approach. Tokyo:

McGraw-Hill.

Dodds, H.L. & Runyan H.L., 1965. Effect of high-velocity fluid flow on the bending

vibrations and static divergence of a simply supported pipe. Nasa Techinical Note.

Donea, J.; Huerta, A.; Ponthot, J. & Rodríguez-Ferran, A., 2004. Arbitrary Lagrangian-

Eulerian methods. Encyclopedia of Computational Mechanics, n. 1969, p. 1”“38.

Ghia, U.; Ghia, K. & Shin, C., 1982. High-Re solutions for incompressible flow using the

Navier-Stokes equations and a multigrid method. Journal of Computational Physics, v. 48, p.

”“411.

Haase, W., 2001. Unsteady aerodynamics including fluid/structure interaction. Air & Space

Europe, v. 3, n. 3-4, p. 83”“86.

Heil, M., 2004. An efficient solver for the fully coupled solution of large-displacement fluidstructure

interaction problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, v.

, n. 1-2, p. 1”“23.

Holmes, P.J., 1977. Bifurcations to Divergence and Flutter Dimensional in Flow-Induced

Oscillations: A Finite Dimensional Analysis. Journal of Sound and Vibration, v. 53, n. 4, p.

”“503.

Hübner, B.; Seidel, U. & Roth, S., 2010. Application of fluid-structure coupling to predict the

dynamic behavior of turbine components. IOP Conference Series: Earth and Environmental

Science, v. 12, p.1”“10.

Jo, J.C., 2004. Fluid-Structure Interactions. Nota técnica.

Kim, H.; Lee, S.; Son, E.; Lee, S. & Lee, S., 2012. Aerodynamic noise analysis of large

horizontal axis wind turbines considering fluid-structure interaction. Renewable Energy, v.

, p. 46”“53.

Liu, J.M.; Lu, C.J. & Xue, L.P., 2008. Investigation of Airship Aeroelasticity Using Fluid-

Structure Interaction. Journal of Hydrodynamics, v. 20, n. 2, p. 164”“171.

Modarres-Sadeghi, Y. & Païdoussis, M.P., 2009. Nonlinear dynamics of extensible fluidconveying

pipes, supported at both ends. Journal of Fluids and Structures, v. 25, n. 3, p. 535”“

Oliveira, F.M., 2012. Análise Dinâmica Não Linear de Problemas Envolvendo Massas

Móveis Aplicadas em Cabos e Elementos de Viga. Dissertação de mestrado. Universidade

Federal de Minas Gerais.

Païdoussis, M.P., 1998. Fluid-Structure Interactions: Slender Structures and Axial Flow.

California: Academic Press. v. 53

Païdoussis, M.P. & Issid, N.T., 1974. Dynamic Stability of Pipes Conveying Fluid. Journal of

Sound and Vibration, v. 33, n. 3, p. 267”“294.

Ramírez, L.; Nogueira, X.; Khelladi, S.; Chassaing, J.C. & Colominas, I., 2014. A new

higher-order finite volume method based on Moving Least Squares for the resolution of the

incompressible Navier”“Stokes equations on unstructured grids. Computer Methods in Applied

Mechanics and Engineering, v. 278, p. 883”“901.

Tijsseling, A.S., 2007. Water hammer with fluid-structure interaction in thick-walled pipes.

Computers and Structures, v. 85, p. 844”“851.

Van Zuijlen, A.H. & Bijl, H., 2006. Multi-Level Accelerated Sub-Iterations for Fluid-Struture

Interaction. In: Bungartz, H.J.; Mehl, M.; Schäfer, M., eds, Fluid-structure interaction II:

modelling, simulation, optimisation. p. 1”“25, Springer.

Versteeg, H.K. & Malalasekera, W., 2007. An Introduction to Computational Fluid Dynamics

- The Finite Volume Method. 2. ed. Glasgow: Pearson Education.

Vierendeels, J.; Dumont, K. &Verdonck, P.R., 2008. A partitioned strongly coupled fluidstructure

interaction method to model heart valve dynamics. Journal of Computational and

Applied Mathematics, v. 215, n. 2, p. 602”“609.

Wadham-Gagnon, M.; Païdoussis, M.P. & Semler, C., 2007. Dynamics of cantilevered pipes

conveying fluid. Part 1: Nonlinear equations of three-dimensional motion. Journal of Fluids

and Structures, v. 23, n. 4, p. 545”“567.

White, F.M., 2006. Viscous Fluid Flow. 3. ed. New York: Mc Graw Hill.

Wiggert, D.C. & Tijsseling, A.S., 2001. Fluid transients and fluid-structure interaction in

flexible liquid-filled piping. Applied Mechanics Reviews, v. 54, n. 5, p. 455.

Zienkiewicz, O.C. & Taylor, R.L., 2000. The Finite Element Method Volume 1 : The Basis, v.

, p. 708.

Downloads

Publicado

2017-08-22

Como Citar

Oliveira, F. M. de, Huebner, R., & Greco, M. (2017). SIMULAÇÃO DE INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM DUTOS COM ESCOAMENTO INTERNO UTILIZANDO SOFTWARE LIVRE. Revista Interdisciplinar De Pesquisa Em Engenharia, 2(35), 01–18. https://doi.org/10.26512/ripe.v2i35.21412