Original Article: Multiphysics Capabilities of ADINA
Author: ADINA

Recursos Multifísicos de ADINA

Problemas multifíquicos são encontrados quando a resposta de um sistema é afetada pela interação entre vários campos físicos distintos (por exemplo, deformação estrutural, fluxo de fluido, campo elétrico, temperatura, pressão de poros, …).

Muitos problemas em engenharia e ciência envolvem algum nível de acoplamento entre diferentes campos físicos. No passado, devido à falta de capacidades computacionais, esses efeitos de acoplamento foram ignorados ou levados em conta muito aproximadamente. No entanto, com os atuais recursos de análise disponíveis no ADINA, muitos efeitos de acoplamento multiphysics importantes agora podem ser incluídos com precisão. Ao incluir esses efeitos de acoplamento, as análises fornecem uma visão mais profunda do desempenho dos projetos, levando a produtos mais econômicos e mais seguros e também a uma melhor compreensão das causas e conseqüências dos fenômenos naturais. [1].





Esquema das capacidades multifísicas de ADINA



Matematicamente, os problemas de multifísica são descritos por um conjunto de equações diferenciais parciais acopladas (PDEs). A solução dessas equações representa um desafio em relação à robustez dos algoritmos para lidar com tais interações de maneira geral e eficiente.

A ADINA Multiphysics o pacote inclui todos os solucionadores ADINA para sólidos e estruturas, transferência de calor, CFD e também uma ampla gama de recursos multifísicos bem integrados em um programa:

  • Interação fluido-estrutura (FSI)
  • Acoplamento termo-mecânico (TMC)
  • Acoplamento de pressão de poro estrutural (mídia porosa)
  • Acoplamento térmico-fluido-estrutural
  • Acoplamento elétrico de campo-estrutural (piezoelétrico)
  • Acoplamento térmico-elétrico (aquecimento Joule)
  • Acoplamento acústico de estrutura de fluido
  • Acoplamento de transferência de fluxo-massa fluida
  • Acoplamento eletromagnético de fluxo de fluido

As capacidades multiphysics da ADINA são únicas tanto na amplitude quanto na profundidade. Usando esses recursos, não é possível considerar uma ampla gama de interações entre diferentes campos físicos, mas cada um desses campos é tratado de forma geral sem comprometer a precisão.

Interação de estrutura de fluido (FSI)

O ADINA FSI oferece recursos abrangentes para resolver problemas envolvendo a interação entre estruturas não-lineares gerais e fluxo de fluido Navier-Stokes geral, todos integrados de forma segura em um único programa.


Simulação FSI de Implantação de Airbag em ADINA usando Integração de Tempo Implícito



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Sistemas automotivos
  • Aplicações biomédicas
  • Central nuclear
  • Compressores, bombas e sistemas de tubulação
  • Sistemas Micro-Electro-Mecânicos (MEMS)

Para obter informações detalhadas sobre ADINA FSI, consulte a nossa página em Capacidades de interação fluido-estrutura de ADINA.

Acoplamento termo-mecânico (TMC)

A solução de problemas termomecânicos totalmente acoplados pode ser realizada com ADINA TMC. Nesta classe de problemas, a distribuição da temperatura afeta a deformação estrutural e a deformação estrutural pode afetar a distribuição de temperatura.


Análise termo-mecânica de conchas compostas



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Sistemas automotivos
  • Formação de metais
  • Soldagem
  • MEMS (Sistemas micro-eletro-mecânicos)
  • Vasos de pressão

Para obter informações detalhadas sobre o ADINA TMC, consulte a nossa página em capacidades de acoplamento térmico-mecânico da ADINA.

coplamento de pressão de porção estrutural (mídia porosa)

Este problema multifísico é caracterizado pelo acoplamento entre a pressão dos poros e a deformação de um material poroso (por exemplo, solo, tecidos biológicos ...) consistindo em um esqueleto sólido e fluido poroso. A deformação mecânica muda a pressão dos poros e a mudança na pressão dos poros provoca a deformação mecânica.

Uma variedade de modelos constitutivos podem ser usados para o esqueleto, tais como: isotrópico elástico, ortotrópico, termo-isotrópico, termo-ortotrópico, termoplástico, Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Cam-argila, rastejamento, rastejamento de plástico, Etc..


Análise de consolidação do solo




Modelo de elementos finitos poro-elástico para a previsão de falha progressiva de discos lombares



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Mecânica do solo e engenharia geotécnica
    • Estabilidade do declive
    • Análise de terremotos de barragens de terra
    • Consolidação
  • Aplicações biomédicas
  • Propagação das ondas em meios saturados


Acoplamento Estrutural-Flutivo-Estrutural

Nesta classe de problemas multifísicos, a transferência de calor, o fluxo de fluido e a deformação mecânica estão todos acoplados. Por exemplo, o fluxo de fluido altera a temperatura no sistema e essa mudança de temperatura provoca deformação mecânica alterando as condições de contorno para o fluxo, afetando assim o fluxo.




CFD Térmico e Análise de Stress de um Tubo de Exaustão



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Colectores de escape
  • Embalagem eletrônica
  • Sistemas de combustão
  • Hidroformagem de metais

Para informações detalhadas, consulte a nossa página em capacidades de interação térmico-estrutura-estrutura de ADINA.


Acoplamento Elétrico-Estrutural Estrutural (Piezoelétrico)

Os problemas piezoelétricos são caracterizados pelo acoplamento do campo elétrico e pela deformação mecânica. A aplicação de um campo elétrico a um material piezoelétrico provoca deformação mecânica e a deformação mecânica causa um campo elétrico. Este fenômeno é a base para o projeto de muitos sensores e atuadores.


Atuação piezoelétrica de um cantilever



Uma solução iterativa do campo elétrico e deformação estrutural é Implementado no módulo ADINA TMC. Os usuários também podem implementar Relações constitutivas não-lineares entre o deslocamento elétrico (Fluxo elétrico) e o tensor de deformação (matriz piezoelétrica).

Exemplos de Aplicações Industriais

  • Microfones
  • Micropumps
  • Dispositivos de controle de vibração ativos
  • Estruturas adaptativas


Acoplamento Térmico-Elétrico (Heating Joule)

O aquecimento de Joule é caracterizado pelo calor gerado por uma corrente elétrica. O calor afeta a mídia circundante.


Ablação por radiofrequência de tecidos usando a capacidade de calor ADINA CFD Joule



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Fusíveis
  • Disjuntores
  • Embalagem eletrônica
  • MEMS (Sistemas micro-eletro-mecânicos)
  • Ablação de tecidos


Acoustic Fluid-Structure Coupling

Em algumas aplicações práticas, o fluido pode ser assumido como invisível e irrotacional. Essa suposição reduz significativamente o esforço computacional necessário para o cálculo da resposta do fluido e também nos problemas de interação estrutura-fluido.


Elemento de fluido Subsonic Potential-based em ADINA



Esta capacidade multiphysics é particularmente útil quando o resposta de freqüência de sistemas de estrutura de fluido acoplados e de interesse.

Exemplos de Aplicações Industriais

  • Barragens
  • Tanques de armazenamento de líquidos
  • Central nuclear
  • Alto-falantes
  • Explosões subaquáticas
  • Vibração de estruturas submersas


Fluid Flow-Mass Transfer Coupling

Esta classe de problemas de multifísica caracteriza-se pelo acoplamento entre as equações de impulso, continuidade e energia que regem o fluxo de uma mistura de um fluido e outras espécies (soluto). O acoplamento é devido a A dependência da densidade e viscosidade da mistura na concentração de soluto. A transferência do soluto devido ao fluxo altera a distribuição espacial da densidade da mistura e também a sua viscosidade, afetando conseqüentemente o padrão de fluxo, o que, por sua vez, afeta o movimento do soluto.


Fluxo multiphysics em mídia porosa



Exemplos de Aplicações Industriais

  • Oil & Indústria de gás
  • Modelagem de águas subterrâneas
  • Lixo nuclear
  • Entrega de drogas


Fluid Flow-Electromagnetic Coupling

Nesta classe de problemas multifísicos, o fluxo de fluido é conduzido pelas forças de Lorentz causadas pelo campo eletromagnético.


Electromagneticos com ADINA


Exemplos de Aplicações Industriais

  • Misturadores de tubos de propulsão eletromagnética


Referências

  1. K. J. Bathe, O Método dos Elementos Finitos, em Enciclopédia de informática e engenharia, B. Wah (ed.), J. Wiley e Filhos, 1253-1264, 2009.

  2. Para muitos exemplos de aplicações da ADINA em problemas de multifísica, veja nossa Publicações pagina.


Palavras-chave:
Multifísica, Interação fluido-estrutura Acoplamento termo-mecânico, Mídia porosa, Piezoelétrico Aquecimento de Joule, Fluido acústico Acoplamento de transferência de fluxo-massa de fluido, fluxo flutuante, acoplamento térmico-estrutural-estrutural

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