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

Abstract

En este trabajo se presenta una técnica numérica que permite simular el comportamiento no lineal e inestacionario de estructuras laminares sumergidas en un medio fluido a elevado número de Reynolds. El problema se ataca mediante un abordaje de co-simulación, vinculando 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 vinculación se realiza a través de un algoritmo de interacción débil. El método resultante posee muy buena relación entre capacidad de representación y costo computacional, y no está restringido a movimientos periódicos o ecuaciones de movimiento lineales. Los dominios considerados en los submodelos y las discretizaciones temporales y espaciales utilizadas en cada uno son esencialmente diferentes. El proceso de interacción no puede desatender ninguno de estos aspectos. Como modelo aerodinámico se utiliza una versión inestacionaria del Método de Red de Vórtices. El modelo estructural se describe mediante el Método de Elementos Finitos utilizando una formulación no lineal. Se consideran elementos finitos de lámina con tres nodos y sin grados de libertad rotacionales. Este tipo de elementos presenta importantes ventajas para el modelado de estructuras laminares con quiebres y ramificaciones, que se presentan frecuentemente en la industria aeroespacial. La implementación computacional se realizó combinando un código estructural de propósito general con uno aerodinámico orientado al análisis de aerogeneradores de eje horizontal de tres palas. Se presentan algunos ejemplos para validar el código y mostrar las potencialidades del método propuesto.