Interacciones Fluido-Estructura

¿Qué es la interacción fluido-estructura?

La interacción fluido-estructura (IFS) es la interacción de un flujo de fluido con una estructura sólida. Piense en una ráfaga de viento que hace girar una pala de turbina, el casco de un barco bajo condiciones onduladas o el aire que corre sobre el panel frontal de un automóvil de F1. En cualquier lugar donde un fluido y una estructura se encuentren, se produce IFS.

Ansys Fluent y Ansys Mechanical se pueden acoplar para simular la interacción fluido-estructura, como esta bandera de Ansys ondeando en el viento.

¿Cómo puede la IFS afectar el diseño y el rendimiento del producto?

Comprender IFS es fundamental para el diseño de muchos productos. No tener en cuenta el efecto de un fluido sobre un sólido o viceversa puede resultar en una sobreestimación o subestimación del rendimiento del producto. En consecuencia, el diseño del producto final puede generar resultados inesperados e indeseables, que van desde ruidos molestos hasta la falla total del producto.

Ya sea que esté diseñando un puente, un avión o una turbina de gas, comprender cómo la interacción de los fluidos y las estructuras impacta en su proyecto requiere una solución que prediga e integre con precisión ambos comportamientos.

Aplicaciones de IFS

Diseño de aviones: cuando un avión vuela, el flujo de aire alrededor del ala hace que el ala se deforme (lo que, a su vez, cambia la forma en que fluye el aire, alterando aún más el ala). Resolver el IFS en el diseño del ala aumenta drásticamente el rendimiento aerodinámico de la aeronave.

Modelado del flujo sanguíneo: para evaluar los efectos de los vasos sanguíneos bloqueados en los aneurismas, el IFS explica cómo la presión arterial y la velocidad del flujo influyen en la capacidad de un vaso para estirarse y cambiar de tamaño.

Predicción del sonido: cuando los flujos de aire pasan sobre un automóvil, las superficies como el capó y los espejos laterales pueden vibrar e irradiar sonido hacia el interior. Al abordar esta IFS, los ingenieros pueden ajustar el diseño para reducir el ruido y aumentar la comodidad de los pasajeros.

El papel de la simulación multifísica en IFS

Antes de que una IFS tenga la oportunidad de comprometer su producto, puede predecirlo y prevenirlo a través de una simulación multifísica.

Por ejemplo, si quisiera ver cómo la turbulencia y los cambios de presión pueden afectar la integridad de una turbina hidroeléctrica, su análisis incluiría datos proporcionados por las simulaciones de Ansys Fluent y Ansys Mechanical. Cuando se usan de forma independiente, estas simulaciones le cuentan una historia a la vez. Pero cuando se integra a través de Ansys Workbench, verá la predicción más precisa de cómo las dos físicas se impactan entre sí.

Workbench intercambia automáticamente datos entre los solucionadores de simulación, lo que le brinda un espacio de trabajo perfecto desde el cual navegar.

La avanzada tecnología de mapeo de mallas en Workbench garantiza que los datos se traduzcan con precisión desde la dinámica de fluidos computacional (CFD) al análisis de elementos finitos (FEA) y viceversa sin la necesidad de ingresar datos manualmente, escribir código o intercambiar archivos de datos. Esta reducción en las entradas manuales disminuye significativamente los errores porque configura las simulaciones CFD y FEA, arrastra y suelta, y todo se transfiere a un espacio.

¿Necesita una simulación IFS unidireccional o bidireccional?

Los enfoques de modelado pueden variar según el grado de acoplamiento físico entre el fluido y el sólido y el nivel de fidelidad necesario. Para aplicaciones que involucran el movimiento de un cuerpo rígido y la transferencia de calor conjugada, las deformaciones se pueden despreciar y el problema se puede resolver de manera eficiente en su totalidad dentro del solucionador de CFD.

Cuando se deben tener en cuenta las tensiones y las deformaciones, las simulaciones de fluidos y estructurales se acoplan para transferir datos entre los solucionadores para una simulación acoplada unidireccional o bidireccional.

Cómo realizar una simulación IFS unidireccional

Las simulaciones unidireccionales se realizan fácilmente en Workbench al vincular directamente sus simulaciones CFD y FEA. Esto se hace a través de una simple tarea de arrastrar y soltar que conecta automáticamente la geometría de su simulación y las celdas de solución.

Cómo realizar una simulación IFS bidireccional

Las simulaciones de IFS ayudan a los ingenieros a prevenir daños que pueden afectar el rendimiento y provocar la falla del producto al predecir las interacciones entre los flujos de fluidos y las estructuras sólidas. Las simulaciones bidireccionales se ejecutan al vincular sus simulaciones CFD y FEA con System Coupling. Este video crea una simulación unidireccional en Fluent, luego se transforma en una simulación bidireccional con Mechanical a través de Workbench. El intercambio de datos bidireccional que se hace posible a través de Workbench crea una simulación simultánea y directa.