Interacción Fluido-Estructura, No-Estacionaria y No-Lineal, con Modelos de Flujo Potencial y Estructuras de Vigas

Abstract

En este trabajo se desarrolla un método de transferencia de información que permite realizar simulaciones de interacción fluido-estructura (FSI) utilizando un esquema particionado de interacción débil. Dicho método es implementado en un código computacional mediante el cual se realizan simulaciones del comportamiento aeroelástico de generadores eólicos con el objetivo de comprobar la viabilidad del método propuesto.
Al tratar computacionalmente el problema aeroelástico con un esquema particionado, se atacan separadamente el problema estructural/dinámico (con un método de la dinámica de estructuras computacional - CSD) y el problema aerodinámico (con técnicas de la dinámica de fluidos computacional - CFD), y se utiliza un método de interacción entre ellos que involucra: 1) la transferencia de variables cinemáticas desde los nodos de la malla de CSD hacia los nodos de la grilla de CFD; y 2) la transferencia de fuerzas/presiones desde los puntos de control de la grilla de CFD hacia los nodos de la malla de CSD.
La determinación del método para la transferencia de información no es un problema trivial debido a que las mallas de CSD y las grillas de CFD tienen naturalezas esencialmente diferentes. El proceso de transferencia puede limitar la precisión de la simulación aeroelástica.
Se utiliza como modelo aerodinámico el método de red de vórtices inestacionario y no-lineal (UVLM), de una gran generalidad con costo de cálculo relativamente bajo. El modelo estructural es un sistema formado
por elementos finitos de vigas y cuerpos rígidos con rotaciones finitas. La integración en el tiempo se realiza con un esquema numérico explícito. Todo esto provee un método que permite analizar comportamientos subcríticos, como así también críticos y supercríticos exclusivos de la dinámica no-lineal.
A los fines de realizar una primera validación de la formulación propuesta, se modeló inicialmente un generador de 3 palas de 100m de longitud, a partir de los datos geométricos y mecánicos/estructurales proporcionados por Sandia National Laboratories.