Interazione fluido-struttura di hydrofoil in materiale composito = Fluid-structure interaction of composite material hydrofoil

Lo scopo della seguente tesi è quello di sviluppare, utilizzando software opensource ed un approccio innovativo, uno strumento in grado di eseguire un ciclo di interazione fluido-struttura. Tale interazione è necessaria ogni qual volta si abbia a che fare con elementi sottili e deformabili sottoposti a carichi fluidodinamici esterni, variabili quindi in funzione della geometria stessa della struttura. I campi di applicazione di questo tipo di analisi sono molteplici, così come gli approcci testati negli ultimi decenni, sia dal mondo universitario che industriale. L' analisi condotta consiste nel trovare la soluzione ad un problema fluidodinamico per poi applicarla ad un modello strutturale come condizione di carico. Ottenuta la geometria deformata la si importa nel solutore fluidodinamico e si inizia un ciclo iterativo finché due diverse deformate non differiscono tra loro meno di una certa soglia prestabilita. In quel momento anche i carichi fluidodinamici risultano variare in maniera trascurabile tra un ciclo e l’altro e si considera raggiunta la convergenza. Quando si va a progettare una struttura deformabile soggetta a forze di tipo fluidodinamico è necessario effettuare un’analisi di interazione fluido struttura, in quanto, la forma disegnata a CAD e non soggetta ai carichi, sarà sensibilmente diversa dalla geometria finale deformata, come saranno diverse le forze applicate a parità di condizioni al contorno esterne. Nei casi di interazione fluido struttura la potenza di calcolo necessaria è sempre un problema di primaria importanza. La maggior parte degli approcci esistenti risultano infatti computazionalmente molto pesanti: bisogna iterare più volte entrambi i solutori, sia quello fluidodinamico che quello strutturale, prima di raggiungere la convergenza sotto certe condizioni al contorno, per poi, eventualmente, passare alle condizioni di carico successive. È quindi necessario, volendo tempi e potenza di calcolo contenuti, che il singolo solutore, sia dal lato strutturale che da quello fluidodinamico, utilizzi una teoria semplificata e veloce. Con questa idea in mente, ho deciso di utilizzare un elemento piastra per la parte strutturale e un modello a pannelli dal lato fluidodinamico. I dati di output vengono poi corretti per una migliore accuratezza dei risultati Un approccio di questo tipo permette di avere un ridotto costo computazionale e consente quindi di esplorare rapidamente lo spazio di design; il tool è pensato infatti per una fase preliminare di progetto dove è importante riuscire ad indagare su una casistica ampia, al prezzo di una minore accuratezza dei risultati. Per la correzione degli output del solutore ad elementi finiti, si è utilizzata la teoria di spostamento ZZA applicandola e adattandola al caso in questione. Questa permette di ottenere risultati simili ai modelli 3D più raffinati, con un tempo di calcolo ridotto. La complessità dell’obiettivo prefissato e del problema fisico in esame, hanno portato a trascurare alcuni effetti che saranno oggetto di un futuro approfondimento; nel capitolo finale si descrivono tali approssimazioni e si evidenzia cosa sarebbe da implementare per migliorare alcuni aspetti dell’analisi.