Un algoritmo para cosimulación de fenómenos aeroelásticos con ventajosa relación generalidad/costo

• Autores: Maza, Mauro Sebastián
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Flores, Fernando Gabriel
• Materia: TECHNOLOGY::Other technology::Space engineering; Multifísica; Co-simulación; Aeroelasticidad computacional; Interacción fluido-estructura
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctorado en Ciencias de Ia Ingeniería)-Universidad Nacional de Córdoba - Facultadad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales
Fil: Maza, Mauro Sebastián. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.
El objetivo general de este trabajo es desarrollar un método numérico que permita en forma robusta, confiable y eficiente simular el comportamiento no lineal e inestacionario de estructuras flexibles sumergidas en un medio fluido a elevado número de Reynolds. La simulación de fenómenos aeroelásticos reviste gran importancia, con un creciente interés en captar adecuadamente respuestas no lineales y no estacionarias de estructuras muy esbeltas con comportamiento material complejo. El abordaje de cosimulación se presenta como una excelente alternativa, inherentemente interdisciplinaria, capaz de aprovechar conocimientos consolidados propios de la aerodinámica y de la dinámica estructural. El objetivo se logra mediante el desarrollo de un algoritmo de interacción débil con el que se vinculan un modelo aerodinámico para determinar las cargas sobre los elementos estructurales, y un modelo estructural con el que se calcula la respuesta de la estructura a las cargas aerodinámicas. La idea fundamental consiste en integrar numérica, simultánea e interactivamente en el dominio del tiempo todas las ecuaciones gobernantes. Como modelo aerodinámico se utiliza una versión inestacionaria del Método de Red de Vórtices. El modelo estructural se describe con el Método de Elementos Finitos considerando cuerpos rígidos, elementos finitos de viga con una formulación de tipo Geométricamente Exacta y elementos finitos de lámina sin grados de libertad rotacionales. El método posee muy buena relación entre capacidad de representación y costo computacional, y no está restringido a movimientos periódicos o ecuaciones de movimiento lineales. Es capaz de captar fenómenos aeroelásticos subcríticos, así como comportamientos críticos y supercríticos exclusivos de la dinámica no lineal. Resulta una herramienta efectiva para el análisis de inestabilidades aeroelásticas, y para la exploración de soluciones, como la supresión de oscilaciones inducidas por flutter. No linealidades estructurales pueden ser incluidas sin dificultad. Se consideran modelos constitutivos para materiales compuestos con amortiguamiento viscoso, que resulta crítico para la estabilidad de algunos sistemas. Es posible realizar reducciones dimensionales usando elementos de lámina y/o viga, e inclusive modelando el sistema como un conjunto de cuerpos rígidos relacionados con cuerpos flexibles. Esto permite observar las consecuencias de las distintas simplificaciones y evaluar la razonabilidad de las mismas. La implementación se realizó combinando un código estructural de propósito general con uno aerodinámico orientado al análisis de aerogeneradores de eje horizontal de tres palas. El diseño de la herramienta admite el reemplazo o la adición de módulos sin modificar la estructura general. Se presentan algunos ejemplos para validar el código y mostrar las potencialidades del método.
Fil: Maza, Mauro Sebastián. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.