Análise numérica da ação do vento sobre pontes com sistemas de controle de vibrações - Sangalli, Lúcia Armiliato (2019)
Neste trabalho, propõe-se uma formulação numérica de interação fluido estrutura, baseada no Método dos Elementos Finitos, para análise da ação do vento sobre estruturas ativamente controladas, em especial pontes suspensas de grande vão. Neste contexto, apêndices aerodinâmicos são acoplados à estrutura, e se movimentam de forma livre, em função do escoamento, ou controlada usando princípios da teoria de controle linear algébrico de Riccati, a fim de reduzir ou até mesmo eliminar instabilidades dinâmicas de origem aeroelástica. Propõe-se uma formulação numérica explícita baseada no esquema Taylor-Galerkin de dois passos, usando elementos finitos hexaédricos trilineares com integração reduzida. O sistema de equações fundamentais do escoamento é formado pelas equações de Navier-Stokes e pela equação de balanço de massa, assumindo-se a hipótese de pseudo-compressibilidade, onde a turbulência é tratada empregando-se a Simulação de Grandes Escalas (LES – Large Eddy Simulation) em conjunto com o modelo sub-malha clássico de Smagorinsky. No que diz respeito à interação fluido-estrutura emprega-se um modelo de acoplamento particionado, onde a estrutura é considerada a partir da abordagem de corpo rígido, e para descrição cinemática na região próxima à estrutura adota-se uma formulação Arbitrária Langrangiana-Euleriana (ALE). Para a solução da equação matricial de Riccati e obtenção da matriz de ganho, propõe-se um modelo iterativo usando o método de Newton-Raphson. A verificação e a validação do modelo numérico proposto, são realizadas a partir da análise dos problemas de lock-in em cilindro, divergência torcional em prisma de seção retangular e análise de flutter na ponte Great Belt East, nesse último diferentes seções transversais e frequências de apêndices são investigados, a fim de estudar a influência dos apêndices na redução de deslocamentos e supressão de fenômenos de instabilidade aeroelástica.