Un Marco de Elementos Finitos Estabilizado para la Optimización de Topología Adaptativa Anisotrópica de Flujos de Fluidos Incompresibles
Autores: Abdel Nour, Wassim; Jabbour, Joseph; Serret, Damien; Meliga, Philippe; Hachem, Elie
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un Marco de Elementos Finitos Estabilizado para la Optimización de Topología Adaptativa Anisotrópica de Flujos de Fluidos Incompresibles
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Viabilidad
Optimización de topología
Flujos laminares
Adaptación de malla anisotrópica
Ecuaciones de Navier-Stokes
Interfaces fluido-sólido
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento evalúa la viabilidad de realizar optimización topológica de flujos laminares incompresibles gobernados por las ecuaciones de Navier-Stokes en estado estacionario utilizando adaptación de malla anisotrópica para lograr una descripción de alta fidelidad de todas las interfaces fluido-sólido. La implementación actual combina un método de volumen inmerso que resuelve formulaciones de elementos finitos estabilizadas en el marco de multiescala variacional (VMS) y representaciones de nivel de las interfaces fluido-sólido, que se utilizan como un estimador de error anisotrópico a posteriori para minimizar errores de interpolación bajo la restricción de un número prescrito de nodos en la malla. Los resultados numéricos obtenidos para varios problemas bidimensionales de minimización de disipación de energía muestran que los diseños óptimos son independientes de la malla (aunque la tasa de convergencia disminuye a medida que aumenta el número de nodos), concuerdan bien con los resultados de referencia de la literatura y proporcionan una precisión superior en comparación con estudios previos resueltos en mallas isotrópicas (fijas o refinadas adaptativamente).
Descripción
Este documento evalúa la viabilidad de realizar optimización topológica de flujos laminares incompresibles gobernados por las ecuaciones de Navier-Stokes en estado estacionario utilizando adaptación de malla anisotrópica para lograr una descripción de alta fidelidad de todas las interfaces fluido-sólido. La implementación actual combina un método de volumen inmerso que resuelve formulaciones de elementos finitos estabilizadas en el marco de multiescala variacional (VMS) y representaciones de nivel de las interfaces fluido-sólido, que se utilizan como un estimador de error anisotrópico a posteriori para minimizar errores de interpolación bajo la restricción de un número prescrito de nodos en la malla. Los resultados numéricos obtenidos para varios problemas bidimensionales de minimización de disipación de energía muestran que los diseños óptimos son independientes de la malla (aunque la tasa de convergencia disminuye a medida que aumenta el número de nodos), concuerdan bien con los resultados de referencia de la literatura y proporcionan una precisión superior en comparación con estudios previos resueltos en mallas isotrópicas (fijas o refinadas adaptativamente).