Estudio de la interacción fluido-estructura en una placa plana en condiciones de acoplamiento unidireccional

Abstract

[EN] In the present study an analysis about Fluid-Structure Interaction (FSI) is carried out.The geometry is a rectangular flat plate which is attached by one of its sides to a squarecross section bar. This bar is in charge of generating turbulence in the fluid. It is proposedas hypothesis that the coupling is just monodirectional, which is called asOne Way. Thisimplies the fluid-dynamics and structural calculations to be done separately. StarCCMand Ansys Workbench respectively are used for those calculations.The followed methodology begins by solving the fluid field. To do that it is indispensableto have done previously a domain and mesh independence study for the CFD calculation.Among others, the main result from the fluid field is the temporal evolution of the pressurefield over the plate.After that, in order to have the data in the frequency field, the Fast Fourier Transform(FFT) is applied to that pressure field evolution obtained previously and then it is importedin the finite element software to compute the harmonic response of the flat plate. It is worthmentioning that before this structural calculation a mesh independence study must havebeen done here too.Finally, comparing the harmonic response with the results from a modal calculation of theplate, which provides its natural frequencies, it is possible to discuss the validity of theOne Wayhypothesis proposed previously.After the development of the present project some additional conclusions have beendrawn, such as, the main parameters that govern the problem and their quantitativeinfluence on it, the importance of working with dimensionless numbers which allow togeneralize the solution or last but not least the functioning of the so-calledVortex Sheddingphenomenon and its crucial importance on the structural design of the component.

[CA] Al present estudi es du a terme un anàlisi d’Interacció Fluid-Estructura (FSI) sobreuna placa plana rectangular que està adherida per un dels seus costats a una barra de secció quadrada encarregada de generar turbulència. S’assumeix com a hipòtesi que l’acoblament és mono direcció, també conegut com a One Way, fet que implica que es realitzen el càlcul fluid-dinàmic i l’estructural separadament. S’empren Star CCM+ i Ansys Workbench respectivament com a software de càlcul. La metodologia seguida començaa resolent el camp fluid de la geometria ja mencionada, per al que és indispensable haver assolit prèviament la independència de domini i la independència de malla al càlcul CFD. Entre d’altres, el resultat fonamental a obtenir del camp fluid ́és l’evolució temporal del camp de pressions sobre la placa. A continuació s’aplica la transformada ràpida de Fourier (FFT) per a disposar dels anomenats camps de pressions en el domini de la freqüència i, després d’això, són importats al software d’element finits per a trobar la resposta harmònica de la placa. S’ha de destacarque previ a açò també s’ha hagut d’assolir la independència de malla en aquest càlcul estructural. Finalment, disposant dels resultats harmònics al camp de la freqüència i comparant ambun estudi modal de la placa, que permet determinar les freqüències naturals de la mateixa, és possible discutir la validesa de la hipòtesi assumida d’acoblamentOne Way. Després del desenvolupament del projecte s’ha arribat a conclusions addicionals, com quins són els paràmetres fonamentals que governen el problema i la seua influència quantitativa al mateix, la importància del treball amb nombres adimensionals que permetgeneralitzar la solució o el funcionament del fenomen anomenatVortexShedding i la seuaimportància a l’hora del disseny estructural del component.

[ES] En el presente estudio se lleva a cabo un análisis de Interacción Fluido-Estructura(FSI) sobre una placa plana rectangular que está adherida por uno de sus lados a unabarra de sección cuadrada encargada de generar turbulencia. Se asume como hipótesis queel acoplamiento es monodirección, también llamadoOne Way, lo que implica que se realiza el cálculo fluido-dinámico y el estructural separadamente. Se emplean StarCCM+ y AnsysWorkbench respectivamente como software de cálculo.La metodología seguida comienza por resolver el campo fluido de la geometría ya mencionada, para lo que es indispensable haber alcanzado previamente la independencia de dominio e independencia de malla en el cálculo CFD. Entre otros, el resultado fundamenta la obtener del campo fluido es la evolución temporal del campo de presiones sobre la placa.A continuación se aplica la transformada rápida de Fourier (FFT) para disponer de dichoscampos de presiones en el dominio de la frecuencia y, tras esto, son importados al softwarede elementos finitos para hallar la respuesta armónica de la placa. Cabe decir que previo a esto también ha debido ser alcanzada la independencia de malla en este cálculo estructural. Finalmente, disponiendo de los resultados armónicos en el campo de la frecuencia y compa-rando con un estudio modal de la placa, que permite determinar las frecuencias naturales de la misma, es posible discutir la validez de la hipótesis asumida de acoplamiento OneWay. Tras el desarrollo del proyecto se ha llegado a conclusiones adicionales, como cuales sonlos parámetros fundamentales que gobiernan el problema y su influencia cuantitativa en el mismo, la importancia del trabajo con número adimensionales que permite generalizar la solución o el funcionamiento del fenómeno llamadoVortex Sheddingy su importancia a la hora del diseño estructural del componente.