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ISSN 1809-5860
ANÁLISE DE INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA PELO MÉTODO DOS
ELEMENTOS FINITOS
Rodolfo André Kuche Sanches 1 & Humberto Breves Coda 2
Resumo
O presente artigo traz um estudo do método dos elementos finitos como ferramenta numérica para análise de
problemas de interação fluido-estrutura. Primeiramente é desenvolvida uma ferramenta computacional na qual o
fluido é descrito em forma Lagrangeana-Euleriana arbitrária e o sólido em descrição Lagrangeana-posicional, a
qual se mostra eficiente para problemas que aceitem a movimentação da malha do fluido sem a necessidade de
reconstrução. Numa etapa subseqüente, é desenvolvida uma nova técnica de Método dos Elementos Finitos
baseada em B-splines imersas, a qual é testada em problemas de valor de contorno elípticos. Finalmente é
proposta uma formulação alternativa para a análise de problemas de interação fluido-estrutura com o emprego
da nova técnica de B-splines imersas, da qual se espera maior versatilidade.
Palavras-chave: Interação fluido-estrutura. Descrição ALE. MEF posicional. B-splines.
FLUID-STRUCTURE ANALYSIS BY THE FINITE ELEMENT METHOD
Abstract
This Paper presents a study about the finite element method as a numerical tool for fluid-structure problems
analysis. Firstly we develop a computational tool where the fluid is described in an arbitrary Lagrangian-
Eulerian description, formulation which is found efficient for problems that accept mesh moving without needing
re-meshing. In another step, a new immersed B-spline finite element method technique is developed and tested to
elliptic boundary value problems. Finally we propose an alternative formulation for fluid-structure interaction
analysis employing the new B-spline technique, which we hope to be more versatile.
Keywords: Fluid-structure interaction. ALE description. Positional FEM. B-splines.
Linha de Pesquisa: Métodos Numéricos
1 INTRODUÇÃO
Os problemas de interação fluido-estrutura estão presentes nas mais diversas áreas de
engenharia, tais como obras de engenharia civil, mecânica, aeronáutica, naval, e até em problemas de
biomecânica. Como exemplos, citam-se o efeito do vento sobre edificações, flutter em aeronaves ou
de pontes suspensas, e até mesmo a dilatação das artérias devido à circulação sanguínea.
A complexidade e o número elevado de operações de cálculo envolvidos na análise dos
problemas de interação fluido-estrutura levam à busca de técnicas computacionais que auxiliem a
resolução de tais problemas. O fato de que as estruturas vêm sendo projetadas cada vez mais leves e
esbeltas, ou seja, muito mais susceptíveis a tais problemas, faz crescer a necessidade de ferramentas
computacionais cada vez mais eficientes dedicadas a tal área.
1 Doutorando em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, raks@sc.usp.br
2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, hbcoda@sc.usp.br
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 11, n. 53, p. 187-191, 2009