Simulation of fluid-structure interaction phenomena using software couplers

Nell’ambito dell’Ingegneria Civile, l’interazione tra fluido e struttura, FSI, è un problema di grande rilevanza, ricorrente in applicazioni che spaziano dalla progettazione delle turbine eoliche all’interazione vento-onda-struttura nel caso delle strutture off-shore. Con riguardo all’Ingegneria del Vento, l'uso della Fluidodinamica Computazionale, CFD, per simulare questi fenomeni si sta rapidamente espandendo, consentendo di integrare i tradizionali test in galleria del vento. Al fine di eseguire tali simulazioni, è possibile adottare due approcci. Il primo è quello denominato “monolitico”, in cui fluido e struttura sono risolti contemporaneamente. Il secondo è detto “partizionato”, in cui i due domini sono risolti separatamente e l’accoppiamento avviene attraverso uno scambio di dati tra il solutore del fluido e della struttura ad ogni passo di tempo. Il vantaggio di questo approccio consiste nel riutilizzare e adattare software già sviluppati e ottimizzati, facendoli comunicare tra loro. L'obiettivo di questa tesi è di mostrare le potenzialità dell’uso di simulazioni FSI svolte in ambiente opensource nell’ambito dell’Ingegneria del Vento. In particolare, CalculiX e OpenFOAM, due noti solutori opensource dedicati rispettivamente alla Meccanica dei Solidi e dei Fluidi, sono accoppiati seguendo uno schema partizionato attraverso la piattaforma preCICE. Al fine di effettuare una prima validazione della procedura di simulazione, si considera un esperimento condotto in galleria del vento in cui un prisma rettangolare fissato al pavimento della galleria è investito da un vento omogeneo. Il prisma è deformabile e dunque soggetto ad interazione di tipo aeroelastica. I risultati ottenuti mostrano il buon potenziale delle simulazioni FSI nell’ambito dell’Ingegneria del Vento, evidenziando tuttavia ben note criticità quali gli alti costi computazionali e la necessità di procedere con estrema cautela nell’interpretazione dei risultati ottenuti.