Obtenção dos coeficientes de flutter utilizando simulações via CFD

Studies about aerodynamic coefficients and flutter derivatives are important for structural engineering projects, being able to avoid major accidents caused by wind loading forces. The achievement of these coefficients can be by experimental tests in a wind tunnel, however, with advances in computational fluid dynamics, the achievement of these coefficients through numerical simulations is increasingly gaining prominence. In this research, a methodology that assumes a linear relationship between the force functions and the laws of motion of the structure, which allows the superposition of the answers. Known sinusoidal vibrations are applied in the middle of the characteristic length of each structure to obtain the aerodynamic coefficients. The obtained signal is treated using least squares curve fitting and later the flutter coefficients are calculated. The first analysis lies in the identification of the flutter coefficients in an airfoil in two-dimensional flow and with Reynolds number equal to 800. The second example consists of obtaining and analyzing the flutter coefficients for a rectangular geometry subjected to a flow turbulent. The k-SST turbulence model was used for this example. A numerical model to solve the incompressible Navier-Stokes equations is proposed using the OpenFOAM CFD free code. The results of both sets of the simulation were compared with those of the literature, validating the numerical models..Os estudos sobre coeficientes aerodinâmicos e coeficientes de flutter são de grande importância para projetos na engenharia estrutural, podendo evitar grandes acidentes provocados por forças de carregamento advindas do vento. A obtenção desses coeficientes pode ser via ensaios experimentais em túnel de vento. Porém, com avanços em dinâmica dos fluidos computacional, cada vez mais vem ganhando destaque a obtenção destes coeficientes via simulações numéricas. Nesta pesquisa, adota-se uma metodologia que assume uma relação linear entre as funções de força e as leis de movimento da estrutura, o que permite a superposição das respostas. Aplicam-se vibrações harmônicas forçadas com frequência conhecidas no meio do comprimento característico de cada estrutura para obtenção dos históricos dos coeficientes de força e momento. O sinal obtido é tratado via ajuste de curva pelo método dos mínimos quadrados e, posteriormente, calculam-se os coeficientes de flutter. A primeira análise reside na identificação dos coeficientes de flutter em um aerofólio em escoamento bidimensional e com número de Reynolds igual a 800. O segundo exemplo consiste na obtenção e análise dos coeficientes de flutter para uma geometria retangular submetida a um escoamento turbulento. Testes com as amplitudes da vibração forçada foram realizados para avaliar a influência desses parâmetros nas respostas. O modelo de turbulência k-SST foi empregado para este exemplo. Um modelo numérico para resolver as equações incompressíveis de Navier-Stokes é proposto usando o código aberto OpenFOAM CFD. Os resultados de ambos os conjuntos de simulação foram comparados com os da literatura, validando os modelos numérico