Uma formulação potencial simétrica para o cálculo estático e dinâmico de problemas de interação fluido-estrutura

Abstract

Efeitos de interação entre estruturas e um fluido circundante ou interno, em repouso ou em movimento, representam um papel importante numa grande variedade de sistemas físicos. Vários ramos da engenharia, como aeronáutica, nuclear, civil ou mesmo a bioengenharia se defrontam com problemas acoplados. Por essa razão o estudo da interação fluido-estrutura se mostra cada vez mais necessário no tratamento de uma série de problemas de interesse prático. Esse trabalho procura estudar problemas de acoplamento acústico-mecânico 2D, através de uma abordagem Euleriana, utilizando uma formulação potencial simétrica ( ver fórmula no arquivo original). Os deslocamentos são as variáveis que descrevem o comportamento do sólido, enquanto o potencial de velocidades e a pressão estática são as variáveis para o domínio do fluido. Como técnica numérica para a solução das equações que regem o problema utiliza-se o Método de Elementos Finitos (MEF). Escolhem-se elementos triangulares simples para a discretização dos dois domínios.Basicamente o trabalho se caracteriza pelo desenvolvimento e implementação de um código de cálculo que permita análises no domínio da freqüência e do tempo, apresentam-se ainda alguns algoritmos subsidiários, para solução de problemas de valores próprios e de integração no tempo. Com o intuito de validar a teoria apresentada e o programa desenvolvido seleciona-se uma série de casos teste. Os resultados das análises no domínio da freqüência são apresentados em termos das deformadas modais e frequências próprias, sendo comparados com uma formulação analítica, desenvolvida a partir das mesmas hipóteses, ou com resultados experimentais. Repete-se o mesmo procedimento para as análises no domínio do tempo. Enfim, a formulação, apesar de possuir algumas limitações, representa muito bem a classe de problemas que se propõe a resolver. Por se tratar de uma formulação simétrica os algoritmos apresentam um bom desempenho quanto à estabilidade e precisão.