Dissertação

{en_GB=An integrated FSI analysis of a windsurfer fin} {} EVALUATED

{pt=Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma ferramenta para investigar o comportamento de uma quilha de windsurf, produzida em materiais compositos, em movimento na água. O projeto pode ser dividido em tres partes fundamentais. (i) O desenvolvimento de um modelo estrutural (FEA), em ABAQUS, para estudar a resposta do material compósito as cargas aplicadas na quilha, incluindo uma melhoria signficativa da estimativa das propriedades dos materiais. (ii) O desenvolvimento de um modelo hidrodinamico (CFD), em Star-CCM+, que analisa o comportamento do fluido envolvente e os campos de pressão criados pela presença da estrutura. (iii) O acoplamento dos dois modelos mencionados, para a criação de um modelo de Interação Fluido-Estrutura (FSI). Um estudo parametrico foi feito, usando a ferramenta, para diferentes situações de navegação, com uma gama de velocidades de 10 a 35 nos e ângulos de ataque de 2 a 8 graus. Os resultados deste estudo ajudaram a compreender melhor três respostas principais: a força de sustentaçao na superfície da quilha, a defleção na ponta da quilha e o ângulo de torção. Os resultados mostraram que tanto a força de sustentação como a deflexao da quilha aumentaram tanto com a velocidade como com o ângulo de ataque. Observou-se também que o ângulo de torção é um parâmetro muito sensível a alterações no escoamento. Um estudo sobre a necessidade do uso do modelo de múltiplas iterações também foi feito e os resultados comparados com o modelo simples de FSI., en=This work consists of the development of a design tool that allows the user to investigate the behaviour of a windsurf fin, made of composite materials, in motion. This project can be divided in three main sections. (i) The development of a completely new structural model (FEA), in ABAQUS, to study the response of the composite material to the loads applied at the fin, including a comprehensive research on the material’s properties. (ii) The development of a hydrodynamic model (CFD), in Star-CCM+, which analyses the behaviour of the surrounding fluid and the pressure fields generated by the fluid on the fin. (iii) The coupling of these two models, to create a fluid-structure interaction (FSI) model. A parametric analysis then both commissioned this tool and provided initial results to different operating conditions, with velocities ranging from 10 to 35 knots and angles of attack from 2 to 8 degrees. Results obtained from this study helped understand three main structural responses: lift force on the fin’s surface, fin tip deflection and tip twist. It was found that both the lift force and the tip deflection of the fin increased with both velocity and angle of attack. The angle of twist was found to be very sensitive to changes in the flow. Further, the situations where the additional resources required for the two-way FSI could be safely avoided by using a simpler one-way model were identified. }
{pt=FSI, FEA, ABAQUS, Star-CCM+, Materiais Compósitos, Quilha de Windsurf, en=FSI, FEA, ABAQUS, Star-CCM+, Composite Materials, Windsurf Fin}

Abril 29, 2021, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

José Manuel Da Silva Chaves Ribeiro Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar