Um modelo numérico para a simulação de problemas de interação fluido-estrutura-solo na engenharia do vento

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Visintainer, Michael Renê Mix
• Orientador(a): Braun, Alexandre Luis
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Interação solo-estrutura; Interação fluido-estrutura; Simulação numérica; Ação do vento nas estruturas
• Palavras-chave em Inglês: Computational wind engineering; Finite element method; Coupled systems; Fluid-structure-soil interaction
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/241974

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma formulação de acoplamento para a simulação numérica da interação fluido-estrutura-solo em aplicações da Engenharia do Vento. Com esta ferramenta pretende-se avaliar a influência da interação solo-fundação no comportamento aeroelástico de estruturas. Neste trabalho, o modelo numérico é desenvolvido a partir de um esquema de acoplamento particionado, no qual os meios físicos envolvidos são resolvidos de forma sequencial, podendo apresentar métodos de discretização e solução independentes. Adota-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) para a discretização espacial de todos os meios físicos, onde elementos hexaédricos lineares com integração reduzida e controle de modos espúrios são empregados. As equações fundamentais do escoamento são descritas cinematicamente através de uma formulação arbitrária lagrangiana-euleriana (ALE) e resolvidas numericamente usando o esquema explícito de dois passos de Taylor-Galerkin, enquanto que a Simulação de Grandes Escalas (LES) é empregada para o tratamento de escoamentos turbulentos. A estrutura e o solo são considerados como meios deformáveis elastoplásticos, sendo empregada uma abordagem corrotacional para lidar com as não linearidades física e geométrica. A equação de equilíbrio dinâmico é resolvida no tempo através do esquema implícito de Newmark adaptado ao método α-generalizado e elementos infinitos são empregados no contorno do domínio computacional do solo para evitar a reflexão de ondas para a região de interesse. A transferência de esforços entre o solo e a estrutura é realizada empregando-se um algoritmo de contato tridimensional baseado no método da penalidade que permite a separação e deslizamento entre os meios. Devido a elevada demanda computacional, a abordagem CUDA é empregada utilizando-se um modelo híbrido de paralelização para acelerar o processamento das simulações. Verificou-se durante as análises aeroelásticas que a resposta estrutural foi afetada pela inserção do solo nos modelos, apresentando amplitudes de deslocamento longitudinal superiores aos demonstrados pelos modelos de estrutura apoiada em uma base rígida.