Modelagem do fenômeno de flutter via CFD: aplicação a estrutura da ponte Great Belt east

• Autor(a) principal: Araújo, Alexandre Miguel Silva
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15436
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL; Ponte Great Belt east; Fluidodinâmica computacional; Esquemas divergentes; Coeficientes de flutter; Great Belt east bridge; Computational fluid dynamics; Divergence schemes; Flutter derivatives

Estruturas esbeltas, como pontes de grandes vãos, tendem a apresentar maior sensibilidade aeroelástica, o que influencia diretamente no projeto desde a sua concepção. O fenômeno de flutter deve ser criteriosamente avaliado, pois pode levar essas estruturas ao colapso. Para sua obtenção e análise pode-se empregar a Fluidodinâmica Computacional (CFD), que está em constante evolução e é cada vez mais utilizada pelos pesquisadores para obter resultados confiáveis através de métodos numéricos. Neste estudo, apresenta-se uma metodologia em CFD para obter os coeficientes de flutter, por meio de vibrações forçadas em corpos imersos em um meio fluido. Duas abordagens são analisadas. Na primeira (8COEF), impõem-se movimentos em torção e flexão à estrutura. Na segunda, realizam-se simulações no modo de torção e, por meio de Equações Lineares (EL), obtém-se os coeficientes do movimento de flexão, resultando assim no conjunto completo dos oitos coeficientes de flutter. O estudo é aplicado na seção transversal do tabuleiro da Ponte Great Belt East (GBEB), localizada na Dinamarca. Para o caso estático, em uma abordagem 2D, foram feitas simulações, a fim de obter os valores médios dos coeficientes aerodinâmicos de arrasto (), de sustentação () e de momento (), além do Número de Strouhal (), adotando-se quatro esquemas de divergência de Gauss: QUICK, upwind, linear upwind e limited linear. Para o caso dinâmico, também em uma abordagem 2D, foram feitas simulações para obter os coeficientes de flutter. Em seguida, estimou-se a velocidade crítica de flutter, empregando as abordagens 8COEF e a EL. As simulações foram realizadas em regime de escoamento turbulento com 105 , com o emprego da abordagem RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), utilizando os modelos de turbulência k- SST e k- SSTLM para estabelecer uma análise comparativa. O OpenFOAM® foi utilizado para realizar as simulações computacionais apresentadas neste estudo e também na solução das Equações de Navier-Stokes para um fluido incompressível. Nota-se que os resultados estimados com as EL foram eficazes quando comparados com os da 8COEF, porém a um menor custo computacional. Por fim, todos os resultados foram validados com estudos numéricos e experimentais disponíveis na literatura.