Desarrollo de herramientas numericas para la simulacion de la interaccion de estructuras con un fluido a elevado numero de Reynolds

Abstract

En esta tesis se estudia el comportamiento aeroelástico de estructuras altamente flexi-bles inmersas en una corriente fluida a alto número de Reynolds. El problema se abordacomputacionalmente con un esquema particionado que permite utilizar modelos diferen-tes, cada uno especializado para resolver una de las partes componentes del sistema aero-elástico La implementación de un esquema particionado para el análisis de fenómenos de in-teracción fluido-estructura requiere: 1) un modelo aerodinámico para describir el compor-tamiento del fluido; 2) un modelo estructural/dinámico que permita predecir la respuestaestructural a las cargas aerodinámicas; y 3) un método de interacción para considerar lainterdependencia del comportamiento del fluido y de la estructura Se desarrolla un método de interacción para combinar: a) un modelo estructural com-puesto de elementos finitos de vigas deformables y sólidos rígidos, considerando no-linealidades geométricas y comportamiento material anisótropo, viscoelástico, lineal; yb) un modelo aerodinámico basado en el método de red de vórtices inestacionario y nolineal. El método desarrollado asegura la conservación de la energía, de la cantidad demovimiento lineal y de la cantidad de movimiento angular del sistema Debido al modelo estructural y al modelo aerodinámico utilizados, el esquema pro-puesto resulta de gran generalidad para el análisis de estructuras esbeltas, altamente fle-xibles y fabricadas en materiales compuestos, requiriendo un costo computacional mode-rado, muy por debajo del correspondiente a métodos que utilizan técnicas de volúmenesfinitos para el modelo aerodinámico El método desarrollado es aplicado al estudio aeroelástico de grandes aerogeneradoresde eje horizontal a través de una implementación computacional en la que se vinculan dosherramientas preexistentes. Se presentan resultados de casos de estudio realizados sobreun modelo de turbina de 212m de diámetro.