L’estudi de la interacció fluid-estructura (FSI) d’un cilindre circular recte i elàstic disposat en vertical i en voladís sotmès a flux d’aire creuat constant i uniforme s’ha realitzat tant experimentalment com numèricament amb l’objectiu principal de validar el model numèric en base a les mesures experimentals. Primerament, l’estudi experimental s’ha realitzat en el túnel de vent del laboratori del Departament de Mecànica de Fluids de l’ESEIAAT. Aquest s’ha basat en el processament d’imatges obtingudes de la gravació de vídeos gravats a càmera super-lenta considerant sis velocitats diferents del flux d’aire. La finalitat del processament de les imatges ha sigut el de captar el desplaçament de l’extrem lliure del cilindre (de niló Ertalon) en la direcció del flux d’aire i en el transcurs del temps per tal d’obtenir en cada cas la seva posició d’equilibri, l’amplitud d’oscil·lació, l’angle de flexió i la freqüència d’oscil·lació. Addicionalment, en l’experimentació s’ha observat el fenomen de les vibracions induïdes per vòrtexs (VIV), resultant en un augment substancial de l’amplitud d’oscil·lació del cilindre en l’instant en que es compleix la condició de ressonància en el qual la freqüència d’oscil·lació del cilindre s’iguala amb la seva freqüència natural. Tot i així, aquesta amplitud ressonant no ha resultat significant a causa del gran amortiment estructural del niló. En segon lloc, l’estudi numèric s’ha dut a terme utilitzant l’eina solids4Foam d’OpenFOAM, que permet realitzar anàlisis d’interacció fluid-estructura. Atribuint per al sòlid un model de geometria lineal juntament amb la llei elàstica lineal de Hooke i per al fluid un model per a flux incompressible, transitori i turbulent s’han realitzat dues tandes de simulacions numèriques: en les primeres considerant les propietats físiques i mecàniques de la fitxa tècnica i en les segones considerant les propietats obtingudes experimentalment per al material de niló Ertalon. La diferència principal existent ha estat en el valor del mòdul de Young del material, que segons la fitxa tècnica és de 3300 MPa i segons l’assaig a tracció efectuat és de 741 MPa. Segons la comparació entre resultats experimentals i numèrics, s’ha conclòs que a causa de limitacions en el model numèric i concretament en el model del sòlid, aquest no es capaç de reproduir correctament el que succeeix en la realitat experimentalment. En les simulacions el cilindre no es manté en una posició d’equilibri i oscil·la respecte aquest punt amb una petita amplitud (tal com esdevé experimentalment) sinó que en cada oscil·lació torna a la seva posició inicial. Per tant, no ha sigut possible validar acuradament el model numèric. Tot i així, segons el model numèric utilitzat considerant les propietats físiques i mecàniques obtingudes experimentalment per al niló Ertalon, algunes de les comparacions han resultat relativament similars, indicant que aquestes són les propietats adequades per al material en el cas d’estudi i que en principi l’únic problema existent és a causa de la limitació ja explicada del model numèric.
outlook.com
