Desarrollo y evaluación de algoritmos para combinar mallas de elementos finitos con grillas del método de red de vórtices inestacionario con topología arbitraria

Abstract

La motivación de estetrabajo proviene de una dificultad real que afecta, en particular, a los problemas de aeroelasticidad computacional enfocados en un campo de aplicación relativamente reciente: el análisis de alas batientes. Esta área, inspirada en la biología, trata el complejo movimiento que se produce durante el vuelo de diversas criaturas (insectos principalmente) con el fin de utilizar sus resultados en el diseño de dispositivos de utilidad práctica. Se analiza aquí la etapa de preproceso requerida en la resolución de estos problemas de interacción fluido-estructura. Esta etapa comprende la vinculación entre las distintas discretizaciones que surgen de abordar los problemas con un enfoque multifísico yposibilita la transferencia de información entre mallas estructurales y grillas aerodinámicas.Dicha transferencia es de capital importancia en el campo de la aeroelasticidad computacional, donde los métodos de interacción pueden fácilmente transformarse en el factor que controla la precisión de la simulación aeroelástica. En este sentido, se presentan algoritmos eficientes y robustos para la vinculación topológica de las mallas/grillas, dividiendo la tarea en tres etapas, considerando diferentes opciones para dos de ellas. A su vez estos algoritmos son implementados y evaluados utilizando mallas/grillas correspondientes a casos de interés práctico. Los resultados obtenidos muestran resultados alentadores en cuanto al incremento en la eficiencia de los programas de transferencia de datos, permitiendo formular conclusiones y recomendaciones de aplicación general.

The motivation for this work arises from the real issue that affects particularly problems of computational aeroelasticity related to flapping wings applications, which are considered a recent inquired field. This subject, inspired in biology, studies the complex phenomena that occurs during some creatures’ flight (insects mostly) in order to apply its results to practical cases.Here, a preprocess stage required amongst the solution of the fluid-structure interaction problems is analyzed.This stageinvolvesthe linking between the different discretizations that emerge from treating the problems with a multiphysics approach, and enables the data transference between structural meshes and aerodynamic grids. The previously stated data transference gains importance since the precision of the simulations may easily depend on the interaction methods applied. Therefore, efficient algorithms which contribute to the topological entailment of grids and meshes are presented, dividing the process into three phases and considering different options for the last two. Thereby, the algorithms are implemented and tested for real applications. Results show significant improvements in data transference software efficiency, hence conditions are set to formulate conclusions and recommendations with general suitability.