عنوان کامل پروژه:

پروژه توسعه حلگر عددی تحلیل اندرکنش سیال سازه با استفاده از نرم افزارهای FORTRAN و ++C

اندرکنش سیال سازه (FSI) یک جفت‌شدگی چند فیزیکی بین قوانین دینامیک سیالات و مکانیک جامدات است. این پدیده اندرکنش‌های بین یک سازه انعطاف‌پذیر و سیال اطراف آن است. این پدیده نقش بسیار مهمی در صنایع نظامی، نفت، گاز پتروشیمی، حمل‌ و نقل، بیولوژی، تهویه مطبوع و ... دارد. طراحی اجرام پرنده، هواپیما، طراحی بال، موشک، گلوله و چتر نجات، تحلیل رهاسازی بمب از بمب‌افکن، طراحی زیردریایی، کشتی و اژدر، طراحی توربوماشین از جمله موتور جت، چند مثال معمول از نقش این پدیده در صنایع نظامی است. مسئله اندرکنش سیال سازه، به‌صورت کلی مسئله‌ای به‌ شدت پیچیده است و حل تحلیلی برای آن وجود ندارد. در این زمینه نرم‌افزارهای تجاری توسعه داده‌شده‌اند ولی به دلیل قفل‌شکسته بودن و همچنین مالکیت غیر ایرانی آن، مورد اعتماد برای مصارف نظامی نیستند. به همین دلیل کد توسعه داده‌شده ‌اندرکنش سیال سازه، می‌تواند در بخش نظامی به‌ شدت حائز اهمیت باشد.

در این پروژه یک حلگر اندرکنش سیال سازه سه‌بعدی جامع به زبان C++ و به‌صورت شیءگرا، جهت تحلیل تمامی مسائل در این زمینه توسعه داده شده است. این کد دارای دقت مرتبه اول می‌باشد و قابلیت مدل‌سازی تمامی هندسه‌های پیچیده را توسط شبکه چهار وجهی تولید شده در GMSH دارا است. انتگرال‌گیری در این کد به‌ صورت مستقیم انجام شده است. به‌ منظور انتقال اطلاعات از حلگر سیال به حلگر اجزاء محدود دو روش میانیابی شپرد و حداقل مربعات متحرک توسعه داده شده است. جهت حل دستگاه معادلات خطی در این کد از روش GMRES که یکی از بهترین روش‌ها برای حل دستگاه معادلات غیرمتقارن است، استفاده شده است. به‌ منظور اعتبارسنجی این کد، هر بخش آن مورد آزمایش قرار گرفت و در مرحله آخر به‌ منظور نشان دادن کاربرد آن در صنایع دفاعی، یک ایرفویل (بال) NACA 4412 توسط این کد تحلیل شد.

آنچه در این کد خواهید آموخت:

1- الگوریتم کلی حل اجزاء محدود

2- نحوه خواندن شبکه توسط ++C

3- تعیین شرایط مرزی کوپل شده

4- تعیین شرایط مرزی ثابت در حل اجزاء محدود

5- تعیین شرایط مرزی آزاد در اجزاء محدود

6- محاسبه بردارهای نرمال هر وجه

7- میانیابی فشار توسط روش های MLS و شپرد

۸- حل دستگاه معادلات خطی اسپارس توسط روش GMRES

۹- محاسبه درجه آزادی سلول ها

۱۰- محاسبه ماتریس های سختی بردارهای نیرو

۱۱- نحوه تشکیل ماتریس سختی و بردار نیروی جهانی

۱۲- نحوه محاسبه جابجایی، تنش و کرنش برای هر گره

نکات و الزامات:

1- حلگر اجزاء محدود به صورت شیء گرا در زبان ++C و حلگر سیال به زبان فرترن است

2- حلگر سیال پس از اتمام فایلی که حاوی اطلاعات فشار در مرزهای کوپل شده است را نوشته که حلگر اجزاء محدود آن را می خواند

3- خروجی ها توسط نرم افزار Tecplot قابل مشاهده است

4- شبکه حلگر سیال توسط ICEM CFD و شبکه حلگر اجزاء محدود توسط GMSH تولید می شوند و دانش کار با این نرم افزارها ضروری است

5- شرایط مرزی حلگر اجزاء محدود توسط کنسول از کاربر خواسته می شود

6- آشنایی با مفاهیم اولیه CFD و FEM ضروری است